科學家們研究蝴蝶如何進化出「隱形的」翅膀

據媒體報導,許多動物為了自衛而進化出了偽裝「戰術」,但一些蝴蝶和飛蛾甚至走得更遠。它們已經進化出透明的翅膀,使它們對捕食者來說幾乎看不見。由海洋生物實驗室(MBL)科學家領導的一個小組研究了這樣一個物種的發展,即玻璃翼蝶Greta oto,以揭開這種天然「隱形技術的秘密。他們的工作發表在《實驗生物學雜誌》上。

科學家們研究蝴蝶如何進化出「隱形的」翅膀

盡管動物的透明結構已被證實,但它們更經常出現在水生生物中。「這是一個有趣的生物學問題,因為陸地上沒有那麼多的透明生物,」研究主要作者Aaron Pomerantz指出,他是加州大學伯克利分校綜合生物學的博士生。「所以我們提出了這樣一個問題:它們如何創造出透明的翅膀的實際發育基礎是什麼?」

蝴蝶的翅膀以其五顏六色的圖案而聞名,這些圖案是由微小的、重疊的、甲殼質的鱗片創造的,這些鱗片反射或吸收各種波長的光以產生顏色。Pomerantz說,盡管對鱗片著色進行了深入的研究,但對陸生蝴蝶的透明性的發育起源的調查以前還沒有做過。他說:「透明度有點像顏色的反面。」

科學家們研究蝴蝶如何進化出「隱形的」翅膀

Pomerantz和他的合著者,包括他的博士生導師和MBL主任Nipam Patel,從MBL的胚胎學課程的學生的工作中得到了啟發。Patel說:「我決定把我收藏的一些透明的蝴蝶和飛蛾物種帶到課程上,並作為一項挑戰讓學生們看看這些翅膀是如何透明的。」Patel表示:「一群學生通過用各種顯微鏡對翅膀進行成像來解決這個問題。他們意識到,幾乎所有你能想到的使翅膀透明的方法,一些蝴蝶或飛蛾都想出了辦法。這就是讓我們更詳細地研究透明的發展的原因。」

在這項工作的基礎上,研究人員使用共聚焦和掃描電子顯微鏡構建了一個透明性如何在Greta oto中出現的發育時間尺度,從蛹階段到成年期。他們發現,玻璃翼蝶的翅膀發育與不透明的物種不同,在以後發展為透明的區域,前體鱗片細胞的密度較低。在非常早期的階段,鱗片的生長和形態是不同的,在透明區域發展出薄的、像鬃毛一樣的鱗片,而在不透明區域內則是扁平的、圓形的鱗片形態。

「Greta oto所做的是製造更少的鱗片,並將它們做成這些非常不同的、類似於剛毛的形狀,」Patel解釋說。「但是把鱗片弄出來只是創造透明度問題的一部分。Aaron還對機翼上的納米結構進行了一系列觀察,這些結構在明亮的陽光下可以防止眩光。「當光線照射到這些納米結構的小陣列上時,它不會反射,而是直接穿過。因此,這提供了更好的透明度,」他說。

科學家們研究蝴蝶如何進化出「隱形的」翅膀

Patel說:「作為人類,我們認為自己很聰明,因為我們想出了如何在玻璃上塗抹防眩光塗層,但蝴蝶基本上在幾千萬年前就想出了這個辦法。」

不尋常的翅膀鱗片和納米結構只是故事的一部分。第二層蠟質碳氫化合物納米柱位於翅膀表面,提供進一步的抗反射特性。研究人員檢查了用正己烷去除蠟質層之前和之後的翅膀的反射率。

“我們測量了從機翼上反射的光量,”Pomerantz說。”這些實驗表明,上層對於幫助減少眩光非常重要。生化分析表明,蠟質層主要由長鏈正烷烴組成,與其他昆蟲物種中發現的蠟質層相似。它們主要被認為是幫助防止昆蟲變干或變乾的東西。但在這種情況下,似乎它們也被用於這些防眩光特性。”

科學家們研究蝴蝶如何進化出「隱形的」翅膀

未來的研究方向可能包括更深入地研究這些透明結構是如何演變的。Pomerantz指出,「如果我們能更多地了解大自然是如何創造新型納米結構的,這對人類的應用會有很大的啟發。」

來源:cnBeta