变色蝴蝶的秘密

五彩斑斓的蝴蝶被喻为花中的精灵，围绕着她人们还编织了许多美丽感人的传说.但我们今天的主角并不是这些彩蝶，而是一种分布于中美洲地区的平常看起来并不起眼的褐色蝴蝶——月神蛱蝶(Pierella luna).月神蛱蝶，蛱蝶科，眼蝶亚科，后翅比一般的蝴蝶大，最大的特点是雄性月神蛱蝶的翅膀在某些特定的角度看去会呈彩虹似的色散.

这种奇特的光学现象发现于30年前，月神蛱蝶生活在森林中，平常总是栖息于落满枯叶的地面，利用枯褐色的保护色把自已伪装成一片枯叶.巴拿马史密森热带研究院的安妮特在1981年最先报告了月神蛱蝶的这种奇异的光学现象，她在报告中说雄性月神蛱蝶会发出嫩绿色的光，并认为这可以使雌性月神蛱蝶在繁殖季节找到合适的雄蝶.现在安妮特召集了一个由比利时那慕尔大学的物理学家组成的研究小组专门对月神蛱蝶的彩虹色现象进行研究.这个研究小组在2010年8月4日出版的Phiscal Review上发表论文对这一现象进行了分析描述.论文题目为：Reverse color sequence in the diffraction of white light by the wing of the male butterfly Pierella luna (白光在雄性月神蛱蝶翅膀上的逆色序衍射).还有几种蝴蝶的翅膀也能产生色散现象，科学家对此的解释是：这些蝴蝶的翅膀上有一些以某种规律排列的细小凹槽，这些凹槽可以使反射光产生色散，看起来有虹彩的效果.这个现象类似于光盘表面规律排列的记录数据的凹槽使光盘从某种角度看来呈虹彩状.月神蛱蝶的不同之处是，它的色散是逆色序的，这个逆色序是指观察角由垂直于翅平面到平行于翅平面变化时观察到的反射光由红到蓝连续变化.

巴拿马研究小组在论文中指出，虽然目前并不清楚月神蛱蝶如何进化出这种变色的本领，但小组中的昆虫学家确信这种光学现象是繁殖季节雄蝶用来自我表现的标志.小组中的物理学家认为，这种由微观结构引起的色散现象如果能在实验室中模拟出来，可能会在防伪印刷等领域有较大的实用价值.

该小组分别在巴拿马和墨西哥中部两个地区捕捉到一些蝴蝶标本，然后展开了一系列实验，包括宏观的色散实验和借助隧道扫描显微镜对雄蝶翅膀微观结构的分析.本期封面主图展示的是宏观色散实验，在白光的照射下，该小组记录了观察角由45°到75°之间连续变化时，反射光由绿到蓝的变化过程.封面下面4个小图中的3个展示了在不同尺度下蝴蝶翅膀微观结构的特点.在100μm图中可以看到翅膀表面布满一个个细小的鳞片，10μm图和1μm图则展示了在隧道扫描显微镜下这细小鳞片的精细结构，特别是1μm图所展示的精细结构更便于观察.众所周知，可见光的波长范围是390nm～760nm，而绿光到蓝光的波长是在500nm到570nm之间.该研究小组中的物理学家们认为是1μm图中所观察到的这些齿孔结构使雄性月神蛱蝶具有的神奇的变色本领.

巴拿马小组认为基于微观结构而不是物质本身的染色是自然界中广泛存在的一种着色方法，为开发新型着色材料提供了一种新的思路，但构造何种微观结构以得到确定的着色效果有待于进一步的研究工作；同时如何构造这类微观结构，对工程技术人员而言是一项艰巨的挑战.

对于这项成果，英国剑桥大学的生物结构学家科尔给予了高度评价，他认为在大自然中有诸多的神奇未知有待于人类去探索，这种基于微观结构的着色方法很可能在加密印刷领域有广泛的应用前景，人们可以根据需要来构造独一无二的微观结构，从而使商标或是纸钞具有难以复制、独有的光学效果.

资料来源：美国物理学会官方网站、物理世界网站

吴江滨 编译