蝶翅

黃鳳梅

蝴蝶是一種美麗的昆蟲。它喜歡白天活動，在林間草地上飛舞，不時地落在花間，吸食花蜜。蝴蝶被譽為“會飛的花朵”、“大自然的舞姬”，這源于它那美麗的雙翅，在陽光下熠熠生輝，變幻著色彩，點綴著大自然，惹得人們去追逐、欣賞、贊美它，因此才有蝴蝶人詩人畫的蝴蝶文化。

蝴蝶是鱗翅目錘角亞目昆蟲，一生經歷卵、幼蟲、蛹、成蟲4個階段，成蟲即蝴蝶。蝴蝶是目前最受人們喜歡的一類昆蟲，它的雙翅上有不斷變化的斑紋和圖案，有的蝶翅看起來雍容華貴，如金裳鳳蝶。有的看起來如絹絲般柔美，如各種絹蝶。還有的有怪異的斑點，如貓頭鷹蝶，翅面上的兩個大大的“眼睛”足以把天敵嚇跑。有的蝶翅上居然還有像“80”、“89”、“z”、“C”等不同數(shù)字和字母圖案，真是令人稱奇。有報道稱有人已發(fā)現(xiàn)從字母“A”到“z”所有圖案的蝴蝶翅膀。還有的蝴蝶從不同的方向看色彩還會有不同的變化，這主要是光反射的結果，如大藍閃蝶。

蝴蝶翅上豐富的圖案和色彩是由蝶翅的構造決定的。蝴蝶的前后翅都是由膜質翅和鱗片組成。膜質翅上有翅脈，翅脈是翅的骨架，它的排列方向與軀體方向垂直，起到加固翅的作用。蝴蝶的翅脈有不同的脈序，脈序又稱為脈相，是指翅脈在翅面上的分布形式。不同種蝶的脈序也不同。

蝴蝶翅的表面覆有鱗片，這是決定蝴蝶色彩變化的關鍵所在。蝴蝶翅表面的鱗片是由一個單獨的、特化的真皮細胞延伸并穿過表皮擴展而成的。在顯微鏡下觀察，鱗片形如一個扁囊，每個鱗片的表面有若干條縱走的脊紋。脊紋的數(shù)量和兩條脊紋間的距離因蝶種的不同而異。鱗片的每一條脊紋上又由許多并行的薄片疊合而成，就像書本中的書頁一樣，這種結構的復雜程度直接影響到蝶翅閃光的強弱。

蝴蝶翅的顏色來源有色素色、結構色和混合色3種。色素色也叫化學色，來源于鱗片表面的鱗粉，它的顏色顯現(xiàn)決定于光波的波長和色素粒的化學成分，色素粒含有黑色素、紅色素、白蝶呤素、黃蝶呤素等不同的色素，色素細胞吸收某些光，又反射某些光，使得蝶翅五彩繽紛。但當色素粒的化學性能發(fā)生改變時，色素色由于氧化或還原等作用會引起色彩的退化或消失。所以蝴蝶標本在保存時應避光。結構色也稱物理色，它產生的顏色與鱗片本身的脊紋有關，當光源從不同的角度照射時，脊紋就會將光反射或折射(有些種類還有衍射和干涉)，在蝶翅上就會呈現(xiàn)出不同的閃光顏色，這種顏色不會受氧化或還原反應影響，是一種永久性的顏色?；旌仙卜Q物理化學色，多數(shù)蝶翅的顏色都是由化學色和物理色兩者混合而成，既有產生化學色的色素粒又有產生閃光色的物理結構——脊紋。因此在不同光線下，可出現(xiàn)不同的色彩。

那么，蝴蝶翅上的鱗片對蝴蝶本身有什么用處呢?僅僅是為了把自己裝扮得漂亮讓人類欣賞嗎?科學家發(fā)現(xiàn)，蝴蝶翅上的鱗片可以為蝴蝶吸、散熱量。筆者2008年12月7日在廣州動物園的蝴蝶養(yǎng)殖園里觀察到，上午9時多，蝴蝶還不能飛，它們正雙翅展開，落在植物上，不到一刻鐘的時間，就有蝴蝶飛來飛去了。蝴蝶是變溫動物，因為夜間的氣溫相對較低，蝴蝶體溫很低，不能飛翔，當太陽出來時，蝴蝶就在植物上平展雙翅，吸收熱量，之后便翩翩起舞。

蝴蝶中許多種類喜歡取食有趨避性的植物。比如蝴蝶為了在成蟲期獲得對天敵的抵抗能力，幼蟲一般在有毒的植物上取食，并把一些毒素選擇性儲存起來，其中馬兜鈴和許多茄科植物是比較常見的寄主植物，而且一種蝴蝶還可以在多種寄主上儲存毒素。這些幼蟲的體壁能夠抵抗光活化毒素可能在陽光下活化對自身造成的危害。一旦化蛹，羽化，幼蟲那種濃綠色的體壁就不見了，而毒素卻還存在于身體中。成蟲是白天活動的，這些鱗片其實就是避免體內光活化毒素發(fā)揮作用的，有效地阻擋了光線，保護了自身。某些蝴蝶體內有毒素，天敵鳥類取食它會發(fā)生嘔吐現(xiàn)象。這對于一個蝴蝶個體來說，是得不償失的，但有利于保存集體。所以鱗片雖然在人類看來五彩斑斕，但對捕食性鳥類卻是一種“警戒色”，仿佛要讓鳥類知道“這個物種有毒，不能取食?！?/p>

蝴蝶的鱗片顏色其實對于種內個體來說，也是求偶的信號。蝴蝶不像蛾子一樣夜間活動，它們求偶近距離使用斑蝶酮，苯甲醛等信息素，一般是雄蟲釋放引誘雌蝶。而它們遠距離是靠視覺求偶的，例如，日本菜粉蝶雌雄個體之間，色素構成有著細微的差別。雌性日本菜粉蝶缺少一種特殊的色素顆粒，而這種色素顆粒是利于吸收紫外線的。由于這一缺失，菜粉蝶翅膀的納米結構反映出的色彩就會有差異，因循著這一線索，雄性個體很快就能找到它們的伴侶。研究發(fā)現(xiàn)，蝴蝶的鱗片還有一定的疏水性，對雨、雪、塵埃等有很強的防御能力。

蝴蝶翅的這種結構和色彩變化對它本身的繁衍生息起到很好的保護作用。在仿生學領域的應用，給人類提供了開啟科技之門的鑰匙。

蝴蝶翅膀上斑斕的色彩引起不少科學家的遐想。二戰(zhàn)期間，蘇聯(lián)昆蟲學家施萬維奇利用蝴蝶的色彩在花叢中不易被發(fā)現(xiàn)的道理，提出在軍事設施上覆蓋蝴蝶花紋般的偽裝，使軍事基地免遭德軍攻擊，還根據(jù)同樣原理生產出了迷彩服，大大減少了戰(zhàn)斗中兵員的傷亡，為蘇軍贏得最后的勝利奠定了基礎。日本某公司模仿蝴蝶的翅膀，利用光的折射原理研制出一種納米面料。這種面料是將折射率不同的聚酯和尼龍，以數(shù)10納米序列為單位制成多層積層結構，它可以不用任何顏料，就可以利用光學原理顯現(xiàn)色彩。由于這可以減少使用顏料、染料所帶來的污染及對人體的危害，因此對環(huán)境保護非常有益。但其制作成本很高，希望隨著科技的發(fā)展，這種材料能夠普及。

在太空中，人造衛(wèi)星與太陽、地球的相對位置是不斷變化的，從而引起衛(wèi)星本身溫度的急劇升降。為了防止衛(wèi)星內部各種儀器燒壞或凍壞，科研人員采取許多控溫措施，其中一種控溫系統(tǒng)與蝴蝶調節(jié)體溫有異曲同工之妙。原來，蝴蝶體表覆蓋著許多細小的鱗片，當陽光直射時，外界溫度很高，鱗片會自動張開，這樣就減小了太陽照射角度，從而降低對光能的吸收；陽光斜射時，外界溫度降低，鱗片自動閉合緊貼體表以吸收更多光能，因而在外界溫度變化較大時仍然能把自身溫度控制在正常范圍內。人造衛(wèi)星就是仿照蝴蝶鱗片制成的，葉片正反兩面為輻射、散熱能力相差很大的百葉窗式結構，在每扇窗的轉動位置安裝對溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化調節(jié)窗的開合，從而保持了人造衛(wèi)星內部溫度的恒定。

電腦用時間長了就會發(fā)熱，這也會縮短電腦使用壽命。如何能讓電腦芯片不斷地把熱能傳導出去呢?美國馬里蘭州塔夫斯大學的研究人員對鳳蝶、粉蝶進行了專門的研究，以求揭示蝴蝶翅膀散熱的秘密，從而提高電腦芯片的散熱效率。

英國《自然》雜志上一篇關于一種蝴蝶翅膀的顏色的形成問題的報告，不僅向我們展示了大自然的奧妙，也為研制更新的防偽紙幣提供了新思路。

英國?？巳卮髮W的物理學家，由于一個偶然的機遇，研究了一種名叫大風蝶的蝴蝶翅膀。這個蝴蝶的翅膀顏色本來是有黃有藍，但是在人眼里就成為閃閃發(fā)光的綠色。他們用顯微鏡觀察大鳳蝶翅膀發(fā)現(xiàn)，蝴蝶翅膀上竟然布滿了許多下凹的小坑，這些小坑太小，尺寸只有大約萬分之四厘米，小坑底是黃色，而坑的斜坡是藍色的。研究者認為：當光線照射到坑底時，它被反射而呈黃色，而照射到小坑一個斜坡的光線也被反射，但此反射光線又入射到另一斜坡再被反射，此時，由于小坑太小，人眼無法將從坑底反射的黃色光與周圍兩次反射的藍色光區(qū)分開來，從而感覺到的是綠色。另外，他們還發(fā)現(xiàn)，這兩次反射也改變了光的極化方向，人眼無法區(qū)別這一改變，但是蜜蜂等昆蟲卻能察覺。因此，他們想到如果把這一發(fā)現(xiàn)應用到紙幣的制造上，無論制造偽鈔者將假幣印制得在外表上與真幣多么相似，他們也絕沒有技術在假幣上布滿分布和大小都與真幣一樣的小坑。只要用專門的光學設備發(fā)出極化光一照，就會真假立現(xiàn)。

蝴蝶翅的結構的研究已經廣泛開展起來，尤其是在仿生學領域，蝶翅的顯微和超顯微結構的研究，為將來的仿生納米疏水材料的制造和視頻隱身技術的研制等提供了參考。研究的結果將更廣泛地應用到人類生活及各個領域。