科學家們發現了蝴蝶制作透明翅膀的秘密
在哥斯達黎加，一只玻璃翅蝶在花叢中覓食。這些蝴蝶非凡的透明度使它們能夠“隱形”，而它們翅膀的防眩光涂層有助于防止它們被翅膀上的任何眩光所散發。來源：尼帕姆·帕特爾
許多動物已經進化出偽裝策略來進行自衛，但一些蝴蝶和飛蛾更進一步：它們長出了透明的翅膀，使捕食者幾乎看不見它們。
由海洋生物實驗室 (MBL) 科學家領導的一個團隊研究了這樣一種物種的發展，即玻璃翅蝶Greta oto，以了解這種自然隱身技術的秘密。他們的工作發表在 《實驗生物學雜志》上。
雖然動物的透明結構已經很成熟，但它們在水生生物中出現的頻率要高得多。“這是一個有趣的生物學問題，因為陸地上沒有那么多透明的生物，”主要作者、加州大學伯克利分校綜合生物學博士候選人 Aaron Pomerantz 指出。“所以我們問了一個問題，它們如何創造透明翅膀的實際發展基礎是什么？”
明翅蝶的 Haetera 種。圖片來源：亞倫波梅蘭茨
蝴蝶翅膀以其五顏六色的圖案而聞名，這些圖案由微小、重疊的幾丁質鱗片形成，這些鱗片反射或吸收各種波長的光以產生顏色。Pomerantz 說，盡管已經對鱗片著色進行了深入研究，但之前還沒有研究過陸基蝴蝶透明度的發育起源。“透明度有點與顏色相反，”他說。
Pomerantz 和他的合著者，包括他的博士生導師和 MBL 主任 Nipam Patel，受到了 Patel 教授的 MBL 胚胎學課程中學生的工作的啟發。“我決定將我收藏中的一些透明蝴蝶和飛蛾物種帶到課程中，我從未真正仔細研究過，并將其作為挑戰讓學生們看看這些翅膀是如何透明的，”帕特爾說。“一群學生通過使用各種顯微鏡對翅膀進行成像來實現這一點。他們意識到，幾乎任何你能想到的讓翅膀透明的方法，一些蝴蝶或飛蛾已經想出了如何做到這一點。這就是讓我們更詳細地研究透明度發展的原因。”
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葉子上的玻璃翅蝴蝶。來源：亞倫波梅蘭茨
在這項工作的基礎上，研究人員使用共聚焦和掃描電子顯微鏡構建了從蛹期到成年期的Greta oto透明度如何出現的發育時間尺度。他們發現玻璃翅蝶的翅膀發育不同于不透明物種，在這些區域的前體鱗片細胞密度較低，后來會發展為透明的。在很早的階段，鱗片的生長和形態有所不同，透明區域發育薄的、刷毛狀的鱗片，而不透明區域則發育扁平、圓形的鱗片形態。
“ Greta oto所做的是減少鱗片，并將它們制成非常不同的、類似鬃毛的形狀，”Patel 解釋說。“但讓天平不礙事只是創造透明度問題的一部分。Aaron 還對機翼上的納米結構進行了一系列觀察，這些納米結構可以防止明亮陽光下的眩光。當光線照射到這些納米結構的小陣列上時，它不會反射——它會直接穿過。因此，這提供了更好的透明度，”他說。
“作為人類，我們認為我們非常聰明，因為我們想出了如何在玻璃上涂上防眩光涂層，但蝴蝶基本上在數千萬年前就已經想出來了，”帕特爾說。
不尋常的翼鱗和納米結構只是故事的一部分。第二層蠟質碳氫納米柱位于機翼表面的頂部，提供進一步的抗反射特性。研究人員檢查了用己烷去除蠟質層前后翅膀的反射率。
“我們測量了從機翼反射的光量，”Pomerantz 說。“這些實驗表明，上層對于幫助減少眩光非常重要。” 生化分析表明，蠟質層主要由長鏈正構烷烴組成，類似于在其他昆蟲物種中發現的那些。“它們主要被認為有助于防止昆蟲變干或干燥。但在這種情況下，它們似乎也用于這些防眩光特性。”
未來的研究方向可能包括更深入地研究這些透明結構是如何演變的。Pomerantz 指出，“如果我們能夠更多地了解大自然如何創造新型納米結構，那將對人類應用提供非常豐富的信息。” 這項工作使自然透明的秘密大大降低了不透明性。