科学家看到了看不见的东西:蝴蝶如何长出透明的翅膀

玻璃翼蝴蝶在花

哥斯达黎加,一只玻璃翅膀蝴蝶正在吃花。这些蝴蝶非凡的透明性使它们“隐形”,它们翅膀上的防眩光涂层有助于防止它们被从翅膀上脱落的任何刺眼的阳光暴露。信贷:Nipam帕特尔

许多动物都进化出了用于自卫的伪装策略,但有些蝴蝶和飞蛾甚至走得更远:它们长出了透明的翅膀,使得捕食者几乎看不见它们。

一个由海洋生物实验室(MBL)科学家领导的团队研究了玻璃翅蝶的进化过程,葛丽塔oto,以识破这种天然隐形技术的秘密。他们的研究发表在实验生物学杂志yabo124

虽然透明结构在动物中已经建立,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,”加州大学伯克利分校综合生物学博士研究生亚伦·波莫兰兹(Aaron Pomerantz)说。yabo124“所以我们提出了这样一个问题,它们创造透明翅膀的实际发展基础是什么?”

透翅蝶(Haetera)

清翅蝶属的一种。信贷:亚伦Pomerantz

蝴蝶的翅膀以五颜六色的图案而闻名,这些图案是由微小的、重叠的壳状鳞片反射或吸收不同波长的光来产生颜色。Pomerantz说,尽管人们对鳞片的颜色进行了深入的研究,但对陆地蝴蝶透明的起源的研究却从未有人做过。“透明度是颜色的对立面,”他说。

Pomerantz和他的合著者,包括他的博士导师和MBL主任Nipam Patel,受到了在MBL胚胎学课程的学生们的工作的启发,帕特尔在其中执教。帕特尔说:“我决定把我收藏的一些透明的蝴蝶和蛾类带到课程中,这些我从来没有真正仔细观察过的物种。让学生们看看这些翅膀是如何透明的,这是一个挑战。”一组学生用各种显微镜对机翼进行成像。他们意识到,几乎任何你能想到的使翅膀透明的方法,一些蝴蝶或蛾子已经找到了如何做到这一点。这就是为什么我们更详细地关注透明度的发展。”

玻璃翅蝴蝶在叶子上

叶子上的玻璃翅膀蝴蝶。信贷:亚伦Pomerantz

在此基础上,研究人员使用共聚焦电子显微镜和扫描电子显微镜构建了一个透明度产生的发展时间尺度葛丽塔oto从蛹到成人期。他们发现,玻璃翅蝴蝶的翅膀发育方式与不透明的蝴蝶不同,玻璃翅蝴蝶翅膀的前体鳞片细胞密度较低,而这些鳞片细胞后来会发育成透明的。在早期阶段,鳞片的生长和形态存在差异,透明区域的鳞片呈薄刚毛状,不透明区域的鳞片呈扁平圆形。

“什么葛丽塔oto是制作更少的鳞片,并使它们变成这些非常不同的、刚毛状的形状,”帕特尔解释说。“但解决天平的问题只是创造透明度问题的一部分。亚伦还对机翼上防止强光的纳米结构进行了一系列观察。当光线照射到这些纳米结构的小阵列上时,它不会反射,而是直接穿过。这就大大提高了透明度。”

帕特尔说:“作为人类,我们认为自己很聪明,因为我们知道如何在玻璃上涂防眩光涂层,但蝴蝶基本上在数千万年前就知道了这一点。”

不寻常的机翼鳞片和纳米结构只是故事的一部分。第二层蜡质碳氢化合物纳米柱位于机翼表面,提供进一步的抗反射性能。研究人员检测了在用己烷去除蜡层之前和之后机翼的反射率。

“我们测量了从机翼反射的光的数量,”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,与其他昆虫的蜡质层相似。“它们主要被认为是有助于防止昆虫干燥或脱水的东西。但在这种情况下,它们似乎也被用于防眩光性能。”

未来的研究方向可能包括深入研究这些透明结构是如何进化的。Pomerantz指出:“如果我们能更多地了解大自然是如何创造新型纳米结构的,那将为人类的应用提供非常有用的信息。”这项工作使自然透明性的秘密大大减少了不透明。

参考:《透明蝴蝶透明的发育、细胞和生化基础》,作者:Aaron F. Pomerantz, Radwanul H. Siddique, Elizabeth I. Cash, Yuriko Kishi, Charline Pinna, Kasia Hammar, Doris Gomez, Marianne Elias和Nipam H. Patel, 2021年5月28日,实验生物学杂志yabo124
DOI: 10.1242 / jeb.237917

第一个发表评论关于“科学家看到看不见的东西:蝴蝶如何长出透明的翅膀”

留下你的评论

邮件地址是可选的。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。