科学家们发现了蝴蝶制作透明翅膀的秘密
在哥斯达黎加，一只玻璃翅蝶在花丛中觅食。这些蝴蝶非凡的透明度使它们能够“隐形”，而它们翅膀的防眩光涂层有助于防止它们被翅膀上的任何眩光所散发。来源：尼帕姆·帕特尔
许多动物已经进化出伪装策略来进行自卫，但一些蝴蝶和飞蛾更进一步：它们长出了透明的翅膀，使捕食者几乎看不见它们。
由海洋生物实验室 (MBL) 科学家领导的一个团队研究了这样一种物种的发展，即玻璃翅蝶Greta oto，以了解这种自然隐身技术的秘密。他们的工作发表在 《实验生物学杂志》上。
虽然动物的透明结构已经很成熟，但它们在水生生物中出现的频率要高得多。“这是一个有趣的生物学问题，因为陆地上没有那么多透明的生物，”主要作者、加州大学伯克利分校综合生物学博士候选人 Aaron Pomerantz 指出。“所以我们问了一个问题，它们如何创造透明翅膀的实际发展基础是什么？”
明翅蝶的 Haetera 种。图片来源：亚伦波梅兰茨
蝴蝶翅膀以其五颜六色的图案而闻名，这些图案由微小、重叠的几丁质鳞片形成，这些鳞片反射或吸收各种波长的光以产生颜色。Pomerantz 说，尽管已经对鳞片着色进行了深入研究，但之前还没有研究过陆基蝴蝶透明度的发育起源。“透明度有点与颜色相反，”他说。
Pomerantz 和他的合著者，包括他的博士生导师和 MBL 主任 Nipam Patel，受到了 Patel 教授的 MBL 胚胎学课程中学生的工作的启发。“我决定将我收藏中的一些透明蝴蝶和飞蛾物种带到课程中，我从未真正仔细研究过，并将其作为挑战让学生们看看这些翅膀是如何透明的，”帕特尔说。“一群学生通过使用各种显微镜对翅膀进行成像来实现这一点。他们意识到，几乎任何你能想到的让翅膀透明的方法，一些蝴蝶或飞蛾已经想出了如何做到这一点。这就是让我们更详细地研究透明度发展的原因。”
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叶子上的玻璃翅蝴蝶。来源：亚伦波梅兰茨
在这项工作的基础上，研究人员使用共聚焦和扫描电子显微镜构建了从蛹期到成年期的Greta oto透明度如何出现的发育时间尺度。他们发现玻璃翅蝶的翅膀发育不同于不透明物种，在这些区域的前体鳞片细胞密度较低，后来会发展为透明的。在很早的阶段，鳞片的生长和形态有所不同，透明区域发育薄的、刷毛状的鳞片，而不透明区域则发育扁平、圆形的鳞片形态。
“ Greta oto所做的是减少鳞片，并将它们制成非常不同的、类似鬃毛的形状，”Patel 解释说。“但让天平不碍事只是创造透明度问题的一部分。Aaron 还对机翼上的纳米结构进行了一系列观察，这些纳米结构可以防止明亮阳光下的眩光。当光线照射到这些纳米结构的小阵列上时，它不会反射——它会直接穿过。因此，这提供了更好的透明度，”他说。
“作为人类，我们认为我们非常聪明，因为我们想出了如何在玻璃上涂上防眩光涂层，但蝴蝶基本上在数千万年前就已经想出来了，”帕特尔说。
不寻常的翼鳞和纳米结构只是故事的一部分。第二层蜡质碳氢纳米柱位于机翼表面的顶部，提供进一步的抗反射特性。研究人员检查了用己烷去除蜡质层前后翅膀的反射率。
“我们测量了从机翼反射的光量，”Pomerantz 说。“这些实验表明，上层对于帮助减少眩光非常重要。” 生化分析表明，蜡质层主要由长链正构烷烃组成，类似于在其他昆虫物种中发现的那些。“它们主要被认为有助于防止昆虫变干或干燥。但在这种情况下，它们似乎也用于这些防眩光特性。”
未来的研究方向可能包括更深入地研究这些透明结构是如何演变的。Pomerantz 指出，“如果我们能够更多地了解大自然如何创造新型纳米结构，那将对人类应用提供非常丰富的信息。” 这项工作使自然透明的秘密大大降低了不透明性。