變色蝴蝶的秘密

五彩斑斕的蝴蝶被喻為花中的精靈，圍繞著她人們還編織了許多美麗感人的傳說.但我們今天的主角并不是這些彩蝶，而是一種分布于中美洲地區的平?？雌饋聿⒉黄鹧鄣暮稚律裢惖?Pierella luna).月神蛺蝶，蛺蝶科，眼蝶亞科，后翅比一般的蝴蝶大，最大的特點是雄性月神蛺蝶的翅膀在某些特定的角度看去會呈彩虹似的色散.

這種奇特的光學現象發現于30年前，月神蛺蝶生活在森林中，平?？偸菞⒂诼錆M枯葉的地面，利用枯褐色的保護色把自已偽裝成一片枯葉.巴拿馬史密森熱帶研究院的安妮特在1981年最先報告了月神蛺蝶的這種奇異的光學現象，她在報告中說雄性月神蛺蝶會發出嫩綠色的光，并認為這可以使雌性月神蛺蝶在繁殖季節找到合適的雄蝶.現在安妮特召集了一個由比利時那慕爾大學的物理學家組成的研究小組專門對月神蛺蝶的彩虹色現象進行研究.這個研究小組在2010年8月4日出版的Phiscal Review上發表論文對這一現象進行了分析描述.論文題目為：Reverse color sequence in the diffraction of white light by the wing of the male butterfly Pierella luna (白光在雄性月神蛺蝶翅膀上的逆色序衍射).還有幾種蝴蝶的翅膀也能產生色散現象，科學家對此的解釋是：這些蝴蝶的翅膀上有一些以某種規律排列的細小凹槽，這些凹槽可以使反射光產生色散，看起來有虹彩的效果.這個現象類似于光盤表面規律排列的記錄數據的凹槽使光盤從某種角度看來呈虹彩狀.月神蛺蝶的不同之處是，它的色散是逆色序的，這個逆色序是指觀察角由垂直于翅平面到平行于翅平面變化時觀察到的反射光由紅到藍連續變化.

巴拿馬研究小組在論文中指出，雖然目前并不清楚月神蛺蝶如何進化出這種變色的本領，但小組中的昆蟲學家確信這種光學現象是繁殖季節雄蝶用來自我表現的標志.小組中的物理學家認為，這種由微觀結構引起的色散現象如果能在實驗室中模擬出來，可能會在防偽印刷等領域有較大的實用價值.

該小組分別在巴拿馬和墨西哥中部兩個地區捕捉到一些蝴蝶標本，然后展開了一系列實驗，包括宏觀的色散實驗和借助隧道掃描顯微鏡對雄蝶翅膀微觀結構的分析.本期封面主圖展示的是宏觀色散實驗，在白光的照射下，該小組記錄了觀察角由45°到75°之間連續變化時，反射光由綠到藍的變化過程.封面下面4個小圖中的3個展示了在不同尺度下蝴蝶翅膀微觀結構的特點.在100μm圖中可以看到翅膀表面布滿一個個細小的鱗片，10μm圖和1μm圖則展示了在隧道掃描顯微鏡下這細小鱗片的精細結構，特別是1μm圖所展示的精細結構更便于觀察.眾所周知，可見光的波長范圍是390nm～760nm，而綠光到藍光的波長是在500nm到570nm之間.該研究小組中的物理學家們認為是1μm圖中所觀察到的這些齒孔結構使雄性月神蛺蝶具有的神奇的變色本領.

巴拿馬小組認為基于微觀結構而不是物質本身的染色是自然界中廣泛存在的一種著色方法，為開發新型著色材料提供了一種新的思路，但構造何種微觀結構以得到確定的著色效果有待于進一步的研究工作；同時如何構造這類微觀結構，對工程技術人員而言是一項艱巨的挑戰.

對于這項成果，英國劍橋大學的生物結構學家科爾給予了高度評價，他認為在大自然中有諸多的神奇未知有待于人類去探索，這種基于微觀結構的著色方法很可能在加密印刷領域有廣泛的應用前景，人們可以根據需要來構造獨一無二的微觀結構，從而使商標或是紙鈔具有難以復制、獨有的光學效果.

資料來源：美國物理學會官方網站、物理世界網站

吳江濱 編譯