在人們的印象中,蝴蝶總是翩然優(yōu)雅的像個大自然的精靈,自由飛翔在最令人心動的地方,用自己斑斕的圖案點綴著迷人的景色。
蝶和它的親戚蛾都是鱗翅目的昆蟲,全世界已知的蝶蛾有上萬種之多,這些小精靈翅上的色澤和圖案堪稱生物界最為優(yōu)美和不可思議的組合。其中有一些種類還會在陽光下不時地變換著自己的霓裳,燦金桃紅,翠綠幽紫,色彩和諧而豐富,就好像隨身攜帶著化妝包,時刻不忘為自己描金繡彩濃妝淡抹一番。
蝴蝶絢麗的色彩是如何產生的呢?
物理學的優(yōu)等生
我們都曾經有過這樣的經驗:當捉到一只美麗的蝴蝶時,輕輕地用手收攏它的翅膀,此時,碰觸過蝶翅的手指上會粘滿許多細小的彩色粉末。沒錯,這些粉末就是蝴蝶色彩的源泉,科學家們管它叫鱗片,那些漂亮的閃閃發(fā)光的藍紫色熒光就是通過這些鱗片的光學特色而產生的。
這些鱗片是由真皮細胞變化而成,在顯微鏡下我們可以觀察到,一個個0.1毫米長的扁平囊狀物像屋頂上的瓦片一樣,十分有規(guī)律地排列在一起。其形狀有短有長,有細有闊,也有狹如針狀的。每一個鱗片的基部都有一個短短的柄,鑲嵌在翅膜上的鱗片窩里。
若是把鱗片放到電子顯微鏡下觀察,則會發(fā)現(xiàn)每個鱗片都有數(shù)量不等的脊紋,它們具有很好的折光性能,使照射其上的光產生折射、反射及干涉而形成各種華麗的色彩,在脊紋上還疊合著許多并行的薄片,像豎著的書面一樣,脊紋越多,越能閃射出美麗的光芒。
通過光學作用產生的色彩叫做物理色或結構色,其變化隨光照角度的不同而異,呈現(xiàn)出變幻絢爛的彩虹色彩,和肥皂泡在陽光下呈現(xiàn)出絢麗光彩的原理是一樣的。蝴蝶中的白色同樣可由結構色產生,微小的透明顆粒將光分散,其效果與雪呈白色是相同的,人類的白發(fā)也是類似的結構產生的效果。
蝴蝶不僅物理學得好,它的其他成績同樣出色。
化學界的精靈
擁有了七彩陽光垂愛的蝴蝶依然還不滿足,這些大自然的藝術家們還用各種化學顏料將自己涂抹一番,描繪出一幅幅佳作。
蝴蝶的顏料是自己身上的色素,色素可以吸收部分光波而反射其他光波,從而使畫面呈現(xiàn)出相應的色彩。色素廣泛存在于各種生命形式中,就我們人類來說,人的皮膚顏色是由白、黃、黑、紅四種顏色決定的,按照不同的比例搭配而成,色素細胞中的色素顆粒起了關鍵的作用。皮膚最白的人在北歐,皮膚最黑的人在西非。
蝴蝶身上的黑色、黃色、紅色、綠色也是由色素決定的,不同的是鱗片上的這些色素化合物大部分是新陳代謝的產物或副產物,當化學性質有所改變時,色素色就會由于氧化或還原反應而褪淡甚至消失。
蝴蝶翅包中最常見的顏色是黑色,黑色素是由酪氨酸氧化而成的新陳代謝產物。它不僅僅使蝴蝶的翅膀呈現(xiàn)深沉的墨色,它還可以表現(xiàn)出褐色、黃褐色、紅褐色等色彩。
黃色、紅色、橘紅色則是由類胡蘿卜素、花青素、花黃素等等色素產生的,它們分布于鱗片囊、上皮細胞、血液和其他皮下組織內,都是蝴蝶還是毛蟲寶寶時從食物中攝取來的。
綠色素的產生來源目前科學家們還并不了解,它曾一度被認為是直接從植物中獲得的葉綠素,但在鱗翅目中至今并未發(fā)現(xiàn)葉綠素分子,然而從生物化學上來說,綠色素應該是從葉綠素衍生而來的。
多數(shù)蝴蝶的鱗片中都含有蝶呤素,這是一種熒光色素。白蝶呤、黃蝶呤、紅蝶呤、金蝶呤以不同的組合方式產生出絢麗的色彩。
當色素色和結構色混合在一起時,蝴蝶翅膀上的顏色和斑紋就更加耀目了。在大多數(shù)蝴蝶中,這種混合色更為常見,例如紫閃蛺蝶黃褐色的翅面帶有紫色閃光,其中的黃褐色屬色素色,紫色閃光屬結構色。熒光裳鳳蝶從上面看時只能看到金黃色的色素色,但從后面照光觀看時,則在后翅上呈現(xiàn)美麗的粉紅色和綠色閃光。
為了生存,所以美麗
“蝶美于須,蛾美于眉”,蝶與蛾給了我們許多靈感和想象,也裝點了繽紛的世界。那么,蝴蝶和蛾為什么要幻化出如此千變萬化的色彩呢?
擬態(tài)是一種自我防衛(wèi)的方式,枯葉蛺蝶是世界著名的擬態(tài)昆蟲。它的前后翅合起來,極像闊葉樹的枯葉,翅上的斑紋,更像一張枯葉上的主脈、支脈和真菌斑點。枯葉的葉尖、葉柄、葉脈清晰可見,混雜在枯葉堆中,極難發(fā)現(xiàn)。眼蝶科蝴蝶的眼斑,常??梢試樑懿妒车男▲B或轉移攻擊目標,使身體較重要的部位免遭襲擊。灰蝶的眼斑配合翅尾,可以模仿頭部,同樣起到引開敵人注意的同的,避免真正的頭部受到致命襲擊。
除了恐嚇與轉移目標,蝴蝶還是隱藏自己的高手,它們利用保護色和環(huán)境融為一體,來起到隱身的效果。比如,柑橘鳳蝶的終齡幼蟲變成和葉片相同的綠色,它們若化蛹在葉片附近,則蛹為綠色,若化蛹于離葉片較遠的樹枝上則變成褐色蛹。而寬尾鳳蝶的蛹,外殼上具有斑駁的綠褐色雜點,儼然就像長了地衣的枯枝,可謂隱藏得天衣無縫。
保護色讓蝴蝶盡可能地消失在敵人眼前,與此相反,那些味道難吃的蝴蝶則盡量使自己翅膀的顏色鮮艷耀眼,宣布自己的存在。這些蝴蝶體內含有有毒成分或不良味道的體液,它們用明顯的花紋警告捕食者,自己的味道很糟糕,敢吃我,后果自負,這樣就讓捕食者在尚未攻擊之前,即能辨識而退避三舍。此類蝴蝶通常具有紅、黃、橙等強烈對比色彩,并帶有黑色或深褐色花紋,捕食者會因嘗試錯誤而學習到痛苦的經驗,以后就會避免捕捉這類花紋的蝴蝶。
這些聰明的小精靈把自己裝點得多姿多彩,而在自然界中,比上述更大膽更有趣的裝扮可能遠遠超過人們的想象,蝴蝶斑斕的色彩與富含意蘊的圖案,以及對美麗奢侈的嗜好,使這個飄零在天地間的精靈更加迷人,也使得人們對它的贊美永無止境。
(選自《科學之謎》)