2020-02-11-1小刘科研笔记之实例：扫描电镜下的蝴蝶世界

1. 邱兆美.蝴蝶鳞片微观结构与模型分析[J].农业机械学报，2009；

2. 关会英.典型蝴蝶鳞片结构色形成机理及其微观结构研究[D].吉林大学，2007

首先，我们准备好样本一只绿带翠凤蝶，一只尖钩粉蝶。以绿带翠凤蝶为例，它的翅膀上主要分布了黄绿色，绿色，紫色、蓝色以及暗棕色。选取其后翅和翅尾部分在光学显微镜下观察，可以看到蝴蝶翅膀上有一层层的覆盖物，这些覆盖物呈片状分布，且像房顶瓦片一样排列有序，在光学显微镜下有的呈现出鲜艳的紫色、蓝色，有的呈暗棕色，如图一所示，而这一层层排列有序的片状覆盖物，实则为蝴蝶鳞片，也称为鳞粉，由于其易脱落的特性，通常会沾染到碰触者手上，同时，鳞片也是蝴蝶翅膀绚丽多彩的原因。 

接下来，我分别选取绿带翠凤蝶和尖钩粉蝶翅膀上部分鳞片在ZEISS Gemini 500 SEM下观察，由于蝴蝶翅膀不导电，先对其进行喷金处理，用到的设备为Gatan PECS 685.C（精密Ar离子抛光镀膜仪），其中绿带翠凤蝶翅膀上鳞片分布如图二所示。

与光学显微镜照片对比可以发现， 绿带翠凤蝶翅膀上的鳞片结构主要有两种，一种鳞片端部圆滑无齿裂，肉眼观察呈鲜艳色；另一种为基层多齿鳞片，肉眼观察为暗棕色。

对两种鳞片放大后观察可以看到，其均具有表面非光滑形态，且鳞片表面都有纵向平行周期分布的脊脉，脊脉与脊脉间的间隔基本保持固定，其中 图三所示端部圆滑无齿裂的鳞片，两脊脉间分布着凹坑形的结构，图四所示基层多齿鳞片，脊脉与脊脉间结构呈网格状分布。

与绿带翠凤蝶相同，尖钩粉蝶的翅膀上也分布着两种鳞片，如图五所示，端部圆滑无齿裂与端部多个齿裂鳞片，同样两种鳞片表面脊脉均平行等间距分布，且脊脉间横肋呈平行网格状分布。

蝴蝶翅膀的颜色来源于翅膀上的一个个鳞片，每一个鳞片相当于一个色素点，蝴蝶鳞片显色的原因主要分为三大类：

1.  色素色， 又称化学色，是一种由鳞片内部存在某些化合物造成的，也是自然界昆虫着色的基本形式，这些化合物吸收某种波长光波，反射其他光波从而形成各种颜色。

2.  结构色， 又称物理色，由鳞片具有的特殊结构引起，这些结构能够使光线发生折射、反射、衍射或干涉，从而产生的各种颜色。除蝴蝶外，甲虫体壁表面的金属光泽和闪光等也是典型的结构色。

3.  混合色， 又称化学物理色或综合色，很多种类的蝴蝶都同时具有化学色和物理色，两者混合在一起，即翅膀上同时具有色素颗粒和物理结构。

针对以上蝴鳞片显色的原因，利用实验室现有的设备，我决定对蝴蝶鳞片进行大解（fen）剖（xi），主要利用FIB（ZEISS Crossbesm540），分别对绿带翠凤蝶和尖钩粉蝶两种不同的鳞片的内部构造进行分析，其中第一列为端部圆滑鳞片，第二列为端部多齿鳞片，如图六所示，截面切后发现，绿带翠凤蝶端部圆滑鳞片截面为由约7对空气介质层与壳质材料组成的多层膜结构，相同介质膜层形态、尺寸、间距等基本相同，也正是因这种层状结构使入射光发生多层膜干涉而显色；尖钩粉蝶端部圆滑鳞片截面则类似塔层状，有研究人员通过对其反射光学性能测试发现，其所显黄色来自于色素的选择性吸收，该色素主要吸收紫外波段及蓝光波段，而端部多齿鳞片截面结构则没有特征结构。

我在对绿带翠凤蝶制样后，对其他部位也进行了SEM观察，发现蝴蝶翅膀上还有一根根长长的绒毛，放大后观察绒毛是圆柱状的，且由平行间隔的脊脉与横肋交织包裹而成，如图七所示。

同时，蝴蝶翅膀上一个个鳞片都像一把小扇子，每把扇子下面都有个把手，通过把手一把把小扇子插在了蝴蝶皮肤上一个个圆孔里，如图八所示。

不积珪步，无以至千里；不积细流，无以成江海。做好每一份工作，都需要坚持不懈的学习。

甲虫(Phloeodes diabolicus)是一种坚韧的昆虫。得益于其几乎坚不可摧的防弹衣,这种甲虫可以踩在汽车上或在汽车上撞过去,并活着。

根据动物发明的东西有很多，如雷达是根据蝙蝠发明的，防弹武器是根据甲虫发明的，电子蛙眼是受青蛙眼睛启发发明的，受电鱼启发发明了伏特电池，从鸟的飞行原理制成了飞机等。

在2015年，研究人员通过在停车场驾驶一辆恶魔般的铁甲虫，亲自测试了甲虫的盔甲。经过一遍之后，它仍然存活，但伪装成死亡，这是一种众所周知的防御机制。

铁甲是一种陆生甲虫，因此既不轻便又不牢固。相反，它像坦克一样建造，基塞洛斯解释说。为了研究这些水箱，Kisailus和他的同事捕获了甲虫，并在电子显微镜下对其进行了观察。他们还研究了甲虫盔甲的三维模型和计算机模拟。

在甲虫的坦克状结构中，两个微观特征使其能够承受挤压力。第一个是连接其外骨骼的上半部分和下半部分的一系列脊。基西洛斯说：“你可以想象甲虫的外骨骼几乎就像两半翻盖一样，彼此叠置。”

1：甲虫是行动最快的昆虫之一．下表记录了某种类型的甲虫的爬行速度． (1)你能建立一个等差数列的模型，表示甲虫的爬行距离和时间之间的关系吗？ (2)利用建立的模型计算，甲虫1 min能爬多远?它爬行49 cm需要多长时间？ 哈哈哈是做题做累了吗

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