精妙绚丽 蝶翅奥秘

翩翩起舞的蝴蝶被称为“会飞的花朵”，它不仅象征着美丽、自由，还常与爱情、春天等美好事物联系在一起。如今，色彩斑斓的蝴蝶也受到科学家的青睐，蝶翅上精妙的微观结构成为仿生科学家的研究重点。你知道蝴蝶的翅膀是怎么变得如此多彩的吗？科学家们从蝶翅中获得了哪些灵感和启发？

精妙的蝶翅结构

捕捉过蝴蝶的小伙伴都有这样的经历，当我们触摸它的翅膀时，会发现手上会粘一层细粉，这其实是蝴蝶翅上的鳞片，是鳞翅目昆虫（蝶和蛾）都具有的特征。这些微小的鳞片着生在无色半透明薄膜状的蝶翅上，每个鳞片都由一个单细胞发育而来。鳞片由角质素和色素组成，角质素是一种可以形成毛发、羽毛和指甲等结构的蛋白质，色素是一种可以给生物体提供颜色的物质。鳞片的形状、大小、排列和反射光线的方式，都会影响翅膀的颜色。

在光学显微镜下可以观察到，蝴蝶翅表面的鳞片呈覆瓦状重叠排列，形态各式各样，有长而窄的，短而阔的，钝而圆的，窄叶形、阔叶形、圆叶形、纺锤形等。当我们在扫描电子显微镜下把鳞片放大到超微纳米水平时，蝴蝶的鳞片呈现出精妙的结构特征，形态各异的鳞片表面又有各自的精微刻纹，有脊、沟、槽等非光滑结构，纵横交叉、错落有致，让人不得不感叹大自然的鬼斧神工。

绚丽的蝶翅色彩

蝴蝶的翅膀有着各式各样的图案，花纹之精美、颜色之绚丽，令人赞叹不已。随着阳光照射角度的不同，蝶翅的色彩似乎也在发生着变化，一些蝴蝶还会闪烁独特的金属光泽，而这主要和颜色的产生方式有关。

蝴蝶翅膀的颜色分为两大类：色素色和结构色。色素色也称为化学色，是由鳞片中含有的色素形成的，这些色素可以吸收或反射特定波长的光线，从而形成我们感知到的颜色。结构色也称为物理色，是通过光与鳞片上的超微结构作用产生的颜色。鳞片上复杂而有序的微观结构会对光产生干涉、衍射、散射等光学作用而产生特殊的颜色效应，我们看到蝶翅上的金属光泽或者虹彩般的色彩正是结构色。

这些结构和色素最初是如何形成的呢？蝴蝶是全变态昆虫，一生要经历卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段，从幼虫到成虫的过程中会发生很多生理和形态上的变化。幼虫体内的激素可以调节细胞分裂、分化和死亡等活动，也会影响鳞片细胞中角质素和色素的合成和分布，从而决定了鳞片的形状、大小、排列和颜色。

神奇的蝶翅仿生

蝶翅五彩斑斓的外观深受大众的钟爱和迷恋，内在藏着的神奇“科技”更令科学家们着迷。

蝶翅VS伪装：一些蝴蝶在长期演化的过程中，为了躲避天敌的捕食，演化出了与周围环境相似的翅膀颜色，称之为保护色。二战期间，苏联昆虫学家施万维奇利用蝴蝶的伪装原理，对军事设施进行了伪装，使得德军无法准确判断攻击目标。现代军事服装和武器上的迷彩也是仿生的蝴蝶翅膀，斑驳的色彩可以从视觉效果上分割外形，达到迷惑效果。

蝶翅VS防伪技术：科学家在研究一种名叫大凤蝶的蝴蝶翅膀时发现，翅鳞片上布满了很多下凹的小坑，当光线照射到坑底时，会反射出黄光；当光线照射到小坑的斜面上时，会反射出蓝光。人眼无法将从坑底反射的黄色光线和从斜面上反射的蓝色光线区别开来，因而看到的是璀璨绿色。科学家受到启发，通过纳米技术复刻该结构并转移到纸币上作为防伪标志，无论假币有多么逼真，都难逃光学设备的“法眼”。

蝶翅VS卫星温控系统：蝴蝶翅膀上的鳞片不仅是一件漂亮的外衣，还具有巧妙的体温调节功能。科学家获得灵感，为人造卫星设计出了一种高效的温度调控系统，给人造卫星的表面覆盖上蝴蝶一样的“鳞片”，这些“鳞片”可以根据温度变化自动开合调节卫星自身的温度，从而保证在极端的温度变化下，卫星上的各种精密仪器不被烧坏或冻裂。

蝶翅VS太阳能板：翅膀是蝴蝶获取热量的主要组织，用于吸收热量的鳞片内部结构被称为“光子晶体”，这种精妙的结构具有超强的光吸收能力，无论太阳光从什么角度入射，均无法逃离“光子晶体”的捕获。科学家利用这个特性研发的新型太阳能电池，光能转化效率远高于传统的光伏材料。 毛少利/文 /图