科学家们研究蝴蝶如何进化出“隐形的”翅膀

尽管动物的透明结构已被证实，但它们更经常出现在水生生物中。“这是一个有趣的生物学问题，因为陆地上没有那么多的透明生物，”研究主要作者Aaron Pomerantz指出，他是加州大学伯克利分校综合生物学的博士生。“所以我们提出了这样一个问题：它们如何创造出透明的翅膀的实际发育基础是什么？”

蝴蝶的翅膀以其五颜六色的图案而闻名，这些图案是由微小的、重叠的、甲壳质的鳞片创造的，这些鳞片反射或吸收各种波长的光以产生颜色。Pomerantz说，尽管对鳞片着色进行了深入的研究，但对陆生蝴蝶的透明性的发育起源的调查以前还没有做过。他说：“透明度有点像颜色的反面。”

Pomerantz和他的合著者，包括他的博士生导师和MBL主任Nipam Patel，从MBL的胚胎学课程的学生的工作中得到了启发。Patel说：“我决定把我收藏的一些透明的蝴蝶和飞蛾物种带到课程上，并作为一项挑战让学生们看看这些翅膀是如何透明的。”Patel表示：“一群学生通过用各种显微镜对翅膀进行成像来解决这个问题。他们意识到，几乎所有你能想到的使翅膀透明的方法，一些蝴蝶或飞蛾都想出了办法。这就是让我们更详细地研究透明的发展的原因。”

在这项工作的基础上，研究人员使用共聚焦和扫描电子显微镜构建了一个透明性如何在Greta oto中出现的发育时间尺度，从蛹阶段到成年期。他们发现，玻璃翼蝶的翅膀发育与不透明的物种不同，在以后发展为透明的区域，前体鳞片细胞的密度较低。在非常早期的阶段，鳞片的生长和形态是不同的，在透明区域发展出薄的、像鬃毛一样的鳞片，而在不透明区域内则是扁平的、圆形的鳞片形态。

“Greta oto所做的是制造更少的鳞片，并将它们做成这些非常不同的、类似于刚毛的形状，”Patel解释说。“但是把鳞片弄出来只是创造透明度问题的一部分。Aaron还对机翼上的纳米结构进行了一系列观察，这些结构在明亮的阳光下可以防止眩光。“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。因此，这提供了更好的透明度，”他说。

Patel说：“作为人类，我们认为自己很聪明，因为我们想出了如何在玻璃上涂抹防眩光涂层，但蝴蝶基本上在几千万年前就想出了这个办法。”

不寻常的翅膀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翅膀表面，提供进一步的抗反射特性。研究人员检查了用正己烷去除蜡质层之前和之后的翅膀的反射率。

"我们测量了从机翼上反射的光量，"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烷烃组成，与其他昆虫物种中发现的蜡质层相似。它们主要被认为是帮助防止昆虫变干或变干的东西。但在这种情况下，似乎它们也被用于这些防眩光特性。"

未来的研究方向可能包括更深入地研究这些透明结构是如何演变的。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，这对人类的应用会有很大的启发。”