蝴蝶翅膀在SEM下观察无色,它具有什么样的微观结构?

蝴蝶翅膀在SEM下观察无色,它具有什么样的微观结构?,第1张

科研人员设计了一个有趣的实验:操作扫描式电子显微镜,观察蝴蝶的翅膀。通过这台可以看清纳米尺度物体三维结构的显微镜,人们惊奇地发现:原本色彩斑斓的蝴蝶翅膀竟然失去了色彩,显现出奇妙的凹凸不平的结构。原来,蝴蝶的翅膀本是无色的,只是因为具有特殊的微观结构,才会在光线的照射下呈现出缤纷的色彩。结构性色彩(structural color)不同于色素色彩(pigment color)。色素色彩的变化主要来源于对不同频率光的吸收,而结构性色彩,其原理是利用周期性结构,即光子晶体,对光的反射、透射等进行调控。先说光子晶体,它最大的特点是存在禁带,即在特定频率段内,光是不能传播的。所以可以利用这点来反射特定频率的光,起到调控色彩的目的。相对于色素色彩,结构性色彩具有更高的调控光的效率,这是生物进化的神奇结果。一般来说,光子晶体可以分为一维、二维、三维,所以自然界中也存在这三种纳米周期光学结构。见下图,其中A、B、C是一维光子晶体,D、E是二维光子晶体,F、G是三维光子晶体。实际上,单纯地调节颜色,一维的光子晶体就够了,但是生物进化还是发展到了二维和三维光子晶体。对于这个问题,科学家也没有给出比较明确的答案。但是二维的光子晶体还有另外一个优势,那就是疏水性。此外,有些生物还可以改变身体的颜色,实际上,也是通过调控周期结构的周期来改变的,鱼通过改变细胞的体积来改变颜色,图B的小虫子通过收缩或者扩展翅膀来改变颜色。实际上变色龙也是基于这个道理改变颜色的。

名称:蓝色大闪蝶 栖息地:中南美洲热带雨林林下层 近缘物种:其他蝶类 生存现状:易危  蓝色大闪蝶也称蓝闪蝶,蓝闪蝶本科的学名来自希腊词“Morph”,为美神维纳斯的名字,意味着美丽、美观(也叫灿蝶科),该科蝴蝶大型华丽,多为金尾色或灰白色。这对于闪蝶这个小科来说,是再合适不过了。 蓝色大闪蝶在任何博物馆或蝴蝶展览厅里,大多数闪蝶那迷人的蓝颜色都会首先吸引住观众的目光。最小的闪蝶翅展只有75毫米,最大的则超过200毫米。其硕大的翅膀使它们能够快速地在天空翱翔。日夜活动,飞翔敏捷。 蓝色大闪蝶其实是褐色的。其翅膀表面看起来是蓝色的是因为它的翅膀表面重叠着无数可以反光的鳞片,而翅膀背面则呈现比较单调的褐色。蓝色大闪蝶是蝴蝶家族中具有传奇色彩的物种,当掠食者接近它时,它们快速拍动翅膀可形成闪光,从而让掠食者受惊,趁此机会蓝色大闪蝶逃之夭夭。 形态特征蓝色大闪蝶并非所有的闪蝶都具金属般的蓝色光泽,而有的只限于雄蝶。所有种类,不论是蓝色的、绿白色的,还是褐色的,在翅的反面或多或少都有成列的眼斑。该科已记载80多种,只分布在南美洲。 最吸引人的是蓝闪蝶的翅上的绚丽金属光泽。为什么闪蝶的翅能闪光呢?这就要从蝴蝶翅的结构说起。人们用手捉蝴蝶时,手上会粘一些“粉末”,这些“粉末”其实就是各种形状的鳞片。闪蝶的鳞片在结构上则更为复杂,其细微结构是由多层立体的栅栏构成,类似于百叶窗,只是其结构远比百叶窗复杂。 蓝色大闪蝶当光线照射到翅上时,会产生折射、反射和绕射等物理现象。于是闪蝶翅上的复杂结构在光学作用下产生了彩虹般的绚丽色彩。当一群闪蝶在雨林中飞舞时,便闪耀出蓝色、绿色、紫色的金属光泽,“蓝色幻影”便产生了。但是,并不是所有闪蝶都有这种亦真亦幻的金属光泽,一些种类和大部分闪蝶的雌蝶是没有闪光的。生态习性其特别之处就在于它们会利用自己的色彩优势来保护自己。当有捕食者接近时,它们就会快速振动自己的翅膀,产生闪光现象来恐吓对方。这种热带蝴蝶生活在热带地区的蓝色大闪蝶并不是以花蜜为食,它们主要吸食腐烂水果的果汁,所喜欢的水果包括:芒果、奇异果和荔枝等,尤其是成熟的热带水果的汁液。


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