蝴蝶换新衣，只需六代

向月昌

蝴蝶换新衣，只需六代

野生的偏瞳蔽眼蝶。图片来源：flickr.com
0 w6 k) B, L/ {  W耶鲁大学的研究者们发现，蝴蝶通过改变翅膀上鳞片的结构，能在六代之内快速产生新的颜色。研究论文[1]于8月4日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
以往研究发现，蝴蝶翅膀的结构色有多种产生机制，然而科学家们却还不太清楚这些千变万化的颜色是如何演化出来的。为了深入了解这个问题，研究团队将注意力投向了蔽眼蝶属（Bicyclus）。该属包含超过80种蝴蝶，其中绝大多数的翅膀呈棕色并带有眼状花纹，如偏瞳蔽眼蝶（Bicyclus anynana）。然而有一些蔽眼蝶则独立演化出了前翅背面上蓝紫色的横纹，例如桑巴蔽眼蝶（Bicyclus sambulos）和蓝带蔽眼蝶（Bicyclus medontias）。

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三种蝴蝶的翅膀比较。图片来源：研究论文
与其它蝴蝶一样，偏瞳蔽眼蝶翅膀上的鳞片包括表层鳞片（cover scales）和底层鳞片（ground scales），两种鳞片会交替排列，表层鳞片部分覆盖底层鳞片，两种鳞片基部均与翅膜相连。单个鳞片又分为上片和下片，其中下片（lower lamina）为连续的光滑表面，而上片则含有平行排列的纵肋（ridge）以及横肋（crossrib），并依靠小梁（trabecula）结构与下片相连。这些结构在不同蝴蝶中厚度和样式会有所不同，它们能够通过使光发生干涉、衍射和散射，产生不同颜色。
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偏瞳蔽眼蝶翅膀鳞片结构，由左到右逐一放大。中间的图中展示了表层鳞片（c）、底层鳞片（g）以及翅膜（m）；右图中展示了单个鳞片的下片（LL）以及上片的纵肋（R）、衡肋（Cr）、小梁（T）和窗口部位（W）。图片来源：研究论文

研究者们首先利用显微镜挑选出了翅膀对蓝紫色波长反射能力最强的雌性和雄性蝴蝶进行繁殖。到第六代时，他们惊喜地发现，偏瞳蔽眼蝶原本棕色的翅膀变成了蓝紫色，而这一过程仅仅用了不到一年的时间。为了进一步弄清蓝紫色产生的机制，研究者们选取了最后一代蝴蝶中，翅膀对蓝紫色波长反射能力最强的雌性，对它们的翅膀以及单个表层鳞片和底层鳞片的正反两片分别进行了光学测量，同时用野生型偏瞳蔽眼蝶作为对照。结果发现，蝴蝶翅膀的表层和底层鳞片的下片都有所增厚，而后者增厚幅度更大，是颜色改变的主要原因。另外，偏瞳蔽眼蝶翅膀鳞片的透光性也有所增加，这也有助于产生蓝紫色。

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左图为偏瞳蔽眼蝶翅膀上的蓝紫色，图中展示了表层鳞片（C）和底层鳞片（G）；右图为野生的偏瞳蔽眼蝶（左）的翅膀和经过人工选择的第八代偏瞳蔽眼蝶（右）的翅膀。图片来源：研究论文

另外，研究者们还对天然带有蓝紫色翅膀的桑巴蔽眼蝶和蓝带蔽眼蝶的鳞片进行了光学分析。结果显示，这三种蝴蝶的翅膀产生蓝紫色的原理相同，但部位不同：偏瞳蔽眼蝶的蓝紫色主要产生于底层鳞片，桑巴蔽眼蝶则产生于表层鳞片，而蓝带蔽眼蝶的则产生于两种鳞片。

由于表层鳞片与外部光线的接触面积更大，因此不难推测结构色多由表层鳞片产生，然而实验中经过人工选择的偏瞳蔽眼蝶却出人意料地演化出了利用底层鳞片产生颜色的机制。研究者们推测，可能是由于实验室中的培养箱内蝴蝶密度较大，它们之间碰撞的几率也会增加，并且在选取和测量的过程中都有可能导致表层鳞片的剥落，从而使得底层鳞片成为了人工选择的主要作用部位。同时这一结果也证明，表层和底层鳞片在选择过程中都有发生独立变化的巨大潜能。

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这项研究说明在蝴蝶体内长期存在基因多样性，在选择压力下，能够在短时间内出现较大的变化。这一能力可能对蝴蝶的健康和多样性十分重要，因为有观点认为，蝴蝶翅膀上的图案可以作为物种识别、配偶选择等的信号。同时，研究也为未来有关结构性颜色的遗传学奠定了基础。此外，人们还可以模拟鳞片的光学特性，来设计开发电子材料和设备。

PS：这不就是魔形女么……

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图片来源：tumblr.com

( L  s" F0 P( h# Q  R; K5 v参考文献：

Bethany R. Wasik, doi: 10.1073/pnas.1402770111
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文章题图：3news.co.nz