松克电子(隐形的翅膀：玻璃蝴蝶的透明演化之谜)

Posted 2023-05-29

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松克电子(隐形的翅膀：玻璃蝴蝶的透明演化之谜)

拥有透明翅膀的玻璃蝴蝶

在巴拿马热带雨林中部的一个小帐篷里，这里是加州大学柏克莱分校整合生物学家亚伦‧波莫兰兹（AaronPomerantz）搭建的野外临时实验室，里面装满了显微镜、化学试剂与精密的实验室设备。有时天气太热，波莫兰兹只能努力不让自己的汗水滴下，以免污染了鳞翅目的样本。他在这里研究一种肉眼几乎看不见的东西-玻璃蝴蝶（Glasswingbutterfly）的透明翅膀。

波莫兰兹的博士导师尼帕‧派特尔（NipamPatel）说：“这种罕见的蝴蝶有如雨林里的幽灵。”波莫兰兹和派特尔不仅找到了玻璃蝴蝶，还解决了一个长久以来的谜团：这种蝴蝶的翅膀如何变透明。

玻璃蝴蝶的学名为“宽纹黑脉绡蝶”（Gretaoto），是数百种具有透明翅膀的蝴蝶之一，主要栖息在中美洲和南美洲，体型跟棒球差不多大。它们运用这种能力来躲避潜在的捕食者，而与蜻蜓等其他一样有透明翅膀的物种相比，玻璃蝴蝶的翅膀在雨林里更为低调，因为它们的翅膀在阳光底下并不会反光或闪烁。

现为麻州伍兹霍尔海洋生物实验室主任的派特尔专研节肢动物的演化，但他一直以来都对透明翅膀很感兴趣，从八岁起就开始搜集大量的相关标本。为了更了解神秘的透明翅膀，他要求研究生团队拍摄十几种拥有透明翅膀的蝴蝶的显微照片。

派特尔说：“我的学生们发现，你能想到所有变透明的方式，一些蝴蝶或飞蛾早就想出来了。”蝴蝶的翅膀是由甲壳质这种天然聚合物组成的薄膜层，上面通常覆盖着类似连锁状的微小鳞片。拥有透明翅膀的物种找到了让这些鳞片沿光线移动的方法，它们尽可能地减少鳞片数量、使鳞片呈垂直状，或者干脆不要鳞片。

研究团队发现，透明翅膀上的鳞片不仅更少，而且它们还把许多鳞片转成直立，让光线更容易透过翅膀。波莫兰兹利用扫描电子显微镜观察还发现，直立鳞片之间的微小隆起部分（即奈米柱）还被涂上了一层蜡。

玻璃蝴蝶的翅膀在雨林里更为低调，因为它们的翅膀在阳光底下并不会反光或闪烁

波莫兰兹指出，奈米柱似乎有助于减少眩光。当光线照到物体表面并以相同角度反射时，就会产生眩光。由奈米柱让翅膀表面变得“粗糙”，使光线以多种角度反射达到漫反射的效果，波莫兰兹说：“由于它们太微小了，长得其实就像迷你版的减速丘。”

此外，蜡质涂层会减缓光线透过翅膀的速度，因为它比空气的密度更大，就像是人在糖浆里游泳会变慢一样。减缓透光速度不仅减弱了光线照射鳞片的影响，还进一步减少了眩光。如果除去透明翅膀上的蜡质涂层和奈米柱，光线照到翅膀时就会闪闪发光。

杜克大学的生物学家松克‧强森（SonkeJohnsen）指出，尽管已知许多拥有透明特性的物种都演化出这些微小的“减速丘”，但蜡质涂层则是一个令人疑惑的新发现，因为蝴蝶的甲壳质覆盖得非常牢固，但为何要加入会减弱坚固度的蜡质涂层？强森说：“为何要放弃甲壳质的惊人优势以蜡代替呢？我敢说他们还会发现更多新东西。”

研究透明翅膀的抗反射特性有助于未来有效地应用在太阳能电池板上，并制造更便宜实用的防眩光相机或眼镜镜片。但目前派特尔和波莫兰兹更想理清透明翅膀是如何从不透明翅膀的祖先演化而来，并使用基因组学来识别关键基因。

派特尔说：“研究大自然是如何解决这些难题相当吸引人。人们可以多付一些钱买副具有防反射涂层的眼镜，但玻璃蝴蝶可能在数千万年以前就已经找到了答案。”|