黃鳳梅

蝴蝶是一種美麗的昆蟲。它喜歡白天活動(dòng)，在林間草地上飛舞，不時(shí)地落在花間，吸食花蜜。蝴蝶被譽(yù)為“會(huì)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(diǎn)綴著大自然，惹得人們?nèi)プ分稹⑿蕾p、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(jīng)歷卵、幼蟲、蛹、成蟲4個(gè)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(diǎn)，如貓頭鷹蝶，翅面上的兩個(gè)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(bào)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(huì)有不同的變化，這主要是光反射的結(jié)果，如大藍(lán)閃蝶。

蝴蝶翅上豐富的圖案和色彩是由蝶翅的構(gòu)造決定的。蝴蝶的前后翅都是由膜質(zhì)翅和鱗片組成。膜質(zhì)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(guān)鍵所在。蝴蝶翅表面的鱗片是由一個(gè)單獨(dú)的、特化的真皮細(xì)胞延伸并穿過表皮擴(kuò)展而成的。在顯微鏡下觀察，鱗片形如一個(gè)扁囊，每個(gè)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(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度直接影響到蝶翅閃光的強(qiáng)弱。

蝴蝶翅的顏色來源有色素色、結(jié)構(gòu)色和混合色3種。色素色也叫化學(xué)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(zhǎng)和色素粒的化學(xué)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(xì)胞吸收某些光，又反射某些光，使得蝶翅五彩繽紛。但當(dāng)色素粒的化學(xué)性能發(fā)生改變時(shí)，色素色由于氧化或還原等作用會(huì)引起色彩的退化或消失。所以蝴蝶標(biāo)本在保存時(shí)應(yīng)避光。結(jié)構(gòu)色也稱物理色，它產(chǎn)生的顏色與鱗片本身的脊紋有關(guān)，當(dāng)光源從不同的角度照射時(shí)，脊紋就會(huì)將光反射或折射(有些種類還有衍射和干涉)，在蝶翅上就會(huì)呈現(xiàn)出不同的閃光顏色，這種顏色不會(huì)受氧化或還原反應(yīng)影響，是一種永久性的顏色。混合色也稱物理化學(xué)色，多數(shù)蝶翅的顏色都是由化學(xué)色和物理色兩者混合而成，既有產(chǎn)生化學(xué)色的色素粒又有產(chǎn)生閃光色的物理結(jié)構(gòu)——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(duì)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(xué)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(dòng)物園的蝴蝶養(yǎng)殖園里觀察到，上午9時(shí)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(shí)間，就有蝴蝶飛來飛去了。蝴蝶是變溫動(dòng)物，因?yàn)橐归g的氣溫相對(duì)較低，蝴蝶體溫很低，不能飛翔，當(dāng)太陽出來時(shí)，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(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(duì)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(dòng)的，這些鱗片其實(shí)就是避免體內(nèi)光活化毒素發(fā)揮作用的，有效地阻擋了光線，保護(hù)了自身。某些蝴蝶體內(nèi)有毒素，天敵鳥類取食它會(huì)發(fā)生嘔吐現(xiàn)象。這對(duì)于一個(gè)蝴蝶個(gè)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(duì)捕食性鳥類卻是一種“警戒色”，仿佛要讓鳥類知道“這個(gè)物種有毒，不能取食。”

蝴蝶的鱗片顏色其實(shí)對(duì)于種內(nèi)個(gè)體來說，也是求偶的信號(hào)。蝴蝶不像蛾子一樣夜間活動(dòng)，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(yuǎn)距離是靠視覺求偶的，例如，日本菜粉蝶雌雄個(gè)體之間，色素構(gòu)成有著細(xì)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(jié)構(gòu)反映出的色彩就會(huì)有差異，因循著這一線索，雄性個(gè)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(duì)雨、雪、塵埃等有很強(qiáng)的防御能力。

蝴蝶翅的這種結(jié)構(gòu)和色彩變化對(duì)它本身的繁衍生息起到很好的保護(hù)作用。在仿生學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)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(xué)家的遐想。二戰(zhàn)期間，蘇聯(lián)昆蟲學(xué)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(shè)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(chǎn)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(chǔ)。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(jié)構(gòu)，它可以不用任何顏料，就可以利用光學(xué)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(duì)人體的危害，因此對(duì)環(huán)境保護(hù)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(duì)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(nèi)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(diào)節(jié)體溫有異曲同工之妙。原來，蝴蝶體表覆蓋著許多細(xì)小的鱗片，當(dāng)陽光直射時(shí)，外界溫度很高，鱗片會(huì)自動(dòng)張開，這樣就減小了太陽照射角度，從而降低對(duì)光能的吸收；陽光斜射時(shí)，外界溫度降低，鱗片自動(dòng)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(shí)仍然能把自身溫度控制在正常范圍內(nèi)。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(jié)構(gòu)，在每扇窗的轉(zhuǎn)動(dòng)位置安裝對(duì)溫度敏感的金屬絲，隨溫度變化調(diào)節(jié)窗的開合，從而保持了人造衛(wèi)星內(nèi)部溫度的恒定。

電腦用時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)發(fā)熱，這也會(huì)縮短電腦使用壽命。如何能讓電腦芯片不斷地把熱能傳導(dǎo)出去呢?美國(guó)馬里蘭州塔夫斯大學(xué)的研究人員對(duì)鳳蝶、粉蝶進(jìn)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(guó)《自然》雜志上一篇關(guān)于一種蝴蝶翅膀的顏色的形成問題的報(bào)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(guó)?？巳卮髮W(xué)的物理學(xué)家，由于一個(gè)偶然的機(jī)遇，研究了一種名叫大風(fēng)蝶的蝴蝶翅膀。這個(gè)蝴蝶的翅膀顏色本來是有黃有藍(lán)，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(lán)色的。研究者認(rèn)為：當(dāng)光線照射到坑底時(shí)，它被反射而呈黃色，而照射到小坑一個(gè)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(shí)，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(lán)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(yīng)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(shù)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(xué)設(shè)備發(fā)出極化光一照，就會(huì)真假立現(xiàn)。

蝴蝶翅的結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)廣泛開展起來，尤其是在仿生學(xué)領(lǐng)域，蝶翅的顯微和超顯微結(jié)構(gòu)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(shù)的研制等提供了參考。研究的結(jié)果將更廣泛地應(yīng)用到人類生活及各個(gè)領(lǐng)域。