科学家们正在研究蝴蝶如何形成色彩鲜艳的鳞片

从象征危险的帝王蝶的橙色，到高贵的蓝闪蝶的蓝色，蝴蝶的颜色真是绚丽多彩。

昆虫之所以能呈现出如此惊人的色彩，是因为翅膀上有鳞片。这些鳞片由晶体组成，晶体由一种叫做几丁质的糖分子组成（昆虫外骨骼和蘑菇的成分也是这种物质）。蝴蝶鳞片上的微小晶体被称为螺旋体。生物学家和材料科学家都对它们感兴趣。蝴蝶的螺旋体比当今人类制造的任何物体都更小巧、更精确。

《科学进展》上的一篇新论文探讨了蝴蝶从毛毛虫蜕变成美丽的最终形态时翅膀上的晶体是如何形成的。

研究人员目前还不能将相机放入茧内实时观察这一过程——尽管有些实验室正在研究这个问题。首先，尽管现在的相机很棒，但它们不够小，也不够灵敏，无法实时观察鳞片的形成过程，而且茧的潮湿内部对敏感的电子设备来说也不是什么好事。

“蝴蝶的化蛹期通常持续约 2 周，”首席研究作者 Bodo Wilts 在一封电子邮件中说道。“鳞片从最初可辨认的形状长成完整的鳞片大约需要 2-3 天，具体取决于蝴蝶的种类和饲养条件。”

威尔茨和同事并没有试图实时观察鳞片和螺旋体的发育过程，而是在非常高的倍数显微镜下观察了来自墨西哥的小灰蝶（Thecla opisena）的成熟鳞片，从而让他们能够更仔细地观察翅膀结构的细节。

“当我第一次在光学显微镜下看到这只蝴蝶时，我非常激动，”威尔茨说。“我本以为会发现许多蝴蝶身上常见的绿色鳞片图案，但我却发现，每片翅膀上的鳞片都带有结构化的纳米晶体，令人惊讶的是，这些晶体并不相互连接。”

在这只蝴蝶中，螺旋状结构沿着一片鳞片从小到大排列成线，使鳞片具有标志性的光泽和色彩，也让研究人员得以一窥它们是如何形成的。他们说，这些结构的形状并不是在茧内的预设模板中生长，而是随着时间的推移而动态生长。

这项研究仅针对 140,000 多种蝴蝶中的一种，但这很有可能让研究人员更多地了解其他蝴蝶如何形成其独特的翅膀图案。

“我们预计这里开发的生长机制适用于具有类似鳞片图案的其他蝴蝶，”威尔茨说。“不过，我相信它甚至更适用于大多数翅膀鳞片。尽管蝴蝶的纳米结构差异巨大，但所有鳞片都具有相同的基本生长机制。”

威尔茨目前正在进行另一项研究，研究对象是多个物种。纳米结构还可以让研究人员更多地了解其他生物和结构，例如细胞中的线粒体，它们具有类似的复杂模式。

“目前的研究只能间接暗示细胞层面的机制，但我预计未来的研究将受到启发，”威尔茨说。“在分子层面上学习和揭示这些复杂折叠模式背后的原理将非常重要。”