新技术揭示蝴蝶翅膀如何长成闪闪发光的奇观

与许多仅依靠色素来呈现色彩的鲜艳昆虫不同，蝴蝶的亮丽光泽有一个特殊的来源：翅膀上微小鳞片的精确结构和排列。这些小而强大的鳞片不仅能提供彩虹色，还能维持体温和抵御恶劣天气。

麻省理工学院的科学家们首次设计出一种方法，可以观察和记录这些微小鳞片在蛹内蝴蝶身上生长和铺展的过程。研究小组饲养了红蛱蝶（ Vanessa cardui） ，等待幼虫化为蛹。一旦开始变态，研究小组就切开每个蛹的角质层，并用玻璃盖玻片盖住开口，这样他们就可以通过这个窗口观察正在发育的翅膀。研究小组从头到尾记录了翅膀鳞片的发育过程，并将他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

蝴蝶鳞片是一种复杂的微结构，但对其形成的大部分了解都基于蝴蝶翅膀发育和成熟时的静态图像。研究小组知道，他们需要对蝴蝶翅膀的发育有更清晰、更全面的了解，才能理解鳞片是如何工作的。

“先前的研究提供了特定发展阶段的令人信服的快照；不幸的是，它们没有揭示尺度结构增长过程中发生的连续时间线和顺序，”合著者兼机械工程师 Matthias Kolle 在一份声明中表示。“我们需要看到更多，才能更好地理解它。”

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为了将连续序列可视化，研究小组使用了散斑相关反射相位显微镜，这是一种基于光的成像技术，可将分散的光斑场应用于目标上。集中的宽光束可能会损坏脆弱的蝴蝶翅膀细胞，但这种方法可以创建详细的三维鳞片图，而不会造成残留损伤。合著者兼生物工程师 Peter So 将散斑场显微镜比作“产生照明点场的数千只萤火虫”。

得益于高分辨率成像技术，科学家们发现蝴蝶鳞片细胞在蛹形成后的几天内迅速排成一排。这些细胞发育成覆盖鳞片（位于翅膀顶部）或地鳞片（生长在翅膀下方）。随着细胞的不断生长，研究小组原本以为每个细胞都会像手风琴一样起皱和压缩。但事实并非如此，每个细胞都出现了某种波纹，就像金属屋顶上的波纹一样。

作者希望进一步研究这种褶皱的机制，以蝴蝶鳞片为新材料设计的灵感。蝴蝶鳞片还有其他令人着迷的特性，如防水性和调节温度的能力。主要作者兼机械工程师安东尼·麦克杜格尔在一份声明中表示，了解鳞片的形成可能有助于“赋予汽车和建筑物颜色和自清洁特性。现在我们可以从蝴蝶对这些复杂的微纳米结构材料的结构控制中学习。”