蝴蝶鳞翅结构和显色原因正文

蝴蝶鳞翅

结构和显色原因

研究时间：2009.09至2010.11

学校：浙江省杭州第二中学

班级：高一（11）、高二（5）

组长：黄学群（执笔人）

组员：王梦琪吴孟迪毛志远

指导教师：陈颜龙老师（杭州第二中学）

蝴蝶鳞翅结构和显色原因

【内容摘要】本文采用了大量的实物图片、创新地建构了对应的模型图，较通俗系统地阐述了蝴蝶鳞翅的结构和显色原因，通过蝴蝶鳞翅鳞片种类、鳞翅鳞片着生方式、鳞翅翅面形状等蝴蝶鳞翅的结构，从光学角度对鳞片的微观结构是产生结构色的原因从反射、折射、干涉方面作出了解释,揭示了蝴蝶鳞片的非光滑结构对可见光的作用机理，从化学角度说明色素色是由色素的存在而产生，不同的色素使鳞片本身的色彩显现不同的颜色，通过提取蝴蝶鳞翅色素的实验探索分析了色素的种类及化学成分，为研究蝴蝶鳞翅的结构和显色原因提供了较有价值的参考。

【关键词】鳞片种类着生方式翅面形状结构色色素色混合色

一、引言

蝴蝶为何如此绚丽？蝴蝶翅上美丽的花纹以及色彩是怎样产生的？其结构是如何的？“生物的结构和功能相适应”又是如何完美地体现的？在仿生技术方面又有何作用？众所周知，蝴蝶是一种美丽的动物，蝴蝶的美丽主要是因为它们的翅。教科书上有：“蝴蝶，隶属节肢动物门、昆虫纲、鳞翅目，占有十余个科。”从分类上来看，鳞翅目，顾名思义，蝴蝶的翅是布满鳞片的。而翅美丽的花纹也是由于鳞片吗？或仅仅只是因为鳞片吗？带着一系列的问题我组成员展开了研究。

为了使研究结果更具有说服性，我们外出采集了蛱蝶科（Nymphalidae）、凤蝶科（Papilionidae）、弄蝶科（Hesperiidae）、灰蝶科（Lycaenidae）、粉蝶科（Pieridae）等科的典型蝴蝶（图片见下页）。

经过一段时间蝴蝶的采集和标本制作，于2010年的2月23日，我们到了浙江大学华家池校区的昆虫研究所，对捉到的蝴蝶进行了体视镜下观察和拍照。

在暑假中，我参加了浙江大学生物专业学生的天目山采风活动，很多标本都是在那次活动中获得的。在2010年8月2日与10月16日间，我们又到昆虫研究所，对蝴蝶进行了体视镜下观察和拍照（笔者使用的体视镜的放大倍率为8×~80×）。

通过本课题的学习和研究，笔者能较系统地说明蝴蝶鳞翅的结构和显色原因的理论依据、希望可以填补一些人们对蝴蝶鳞翅结构和显色原因认识不足的空白，并且能给相关研

究人员提供参考、建立起蝴蝶的照片资料库、了解并有利于将来促进仿生技术的发展；通过本课题的学习和研究，笔者掌握了研究性学习的基本方法、了解了如何进行研究性学习、学会如何用实验来进行探究，为将来进行科学研究打下坚实的基础，从中笔者获益匪浅。

有足够的资料后，我们对资料进行研究后得出结论：蝴蝶鳞翅显色原因主要和鳞翅结构有关，下面是笔者的研究成果。

二、蝴蝶鳞翅的结构

在体视镜下，蝴蝶的翅既有相似性，又有各自的不同的特点。

图7

图8

蝴蝶鳞翅的基础为膜翅。在其上有翅脉与几丁质毛，翅脉是明显的。在宏观中，翅脉和翅的显色很多方面都有关。在体视镜下（如图7所示某蛱蝶）可以清楚得看到翅脉对表面附着物的巨大影响。几丁质毛是翅的一部分（如图8）所示。

经过仔细的观察后，笔者归纳出了一些规律。主要分为鳞翅鳞片种类、鳞翅鳞片着生方式和鳞翅翅面形状三方面。

（一）鳞翅鳞片种类 1．颜色

在为美眼蛱蝶拍照时，笔者深深地被其颜色的多样所打动。据此，笔者认为颜色是蝴蝶鳞翅鳞片最基本的种类差别之一。

如用模式图，则如图9此图来自美眼蛱蝶（Junonia almana ）。图中有颜色不同的鳞片5种，由此可见，宏观中翅显色的主要原因是颜色。

红 绿 蓝 白 黑

图9

2．表面凹凸

在体视镜下，蝴蝶鳞片表面的凹凸并没有笔者想象的那么明显，可以说表面凹凸作为蝴蝶鳞翅鳞片种类差别，在体视镜下极难被发现，需在电子显微镜下才能被发现。然而笔者还是在翅基处找到了。

如用模式图，则如图11所示。在体视镜下，几乎所有鳞片均有三条棱，其余大都相同（如图12--1所示）。

此图来自某蛱蝶。宏观中翅显色与表面凹凸有关（如图12--2所示），此图在电子显微镜下拍摄，显色机理详见干涉。

图12—1 图12—2

3．形状

除了颜色和表面凹凸外，笔者猜想形状也是蝴蝶鳞翅鳞片种类之间差别之一。试验中，形状作为蝴蝶鳞翅鳞片种类差别， 在体视镜下可见，在宏观中鳞翅显色与其形状有关。

如用模式图，则如图13所示。在体视镜下如图14--1所示。

此图来自中华谷弄蝶（Pelopidas sinensis Mabille ）。图中可见有多种长度和宽度的鳞片，而在上一节的图12中，鳞片形状也与图14--1中的不同。

图11

图13

图14—1图14--2

电镜下如图14--2所示：双层鳞片上层末端圆滑，下层末端呈锯齿状。图12—2说明鳞片基部形状呈盾状，这些照片均能体现形状对显色的影响。

（二）鳞翅鳞片着生方式

1．平行排列

根据照片笔者猜想蝴蝶鳞翅鳞片最基本的着生方式之一，然而发现这种排列方式没有间隔排列常见。

如用模式图，则如右图15所示。在体视镜下，该种排列如图16所示（美眼蛱蝶（Junonia almana））。

2．间隔排列

笔者猜想蝴蝶鳞翅鳞片另一种最基本的着生方式。事实证明，这种排列很常见。

如用模式图，则如图17所示。在体视镜下，该种排列如图18-19所示。图16

图15

此图均来自玉带凤蝶（Papilio polytes）（雌）。

图17

图18 图19

3．无序排列

该种着生方式在蝴蝶中并不常见。如用模式图，则如

图20所示。在体视镜下，该种排列如图21-22所示。

图21来自中华谷弄蝶（Pelopidas sinensis Mabille），示翅缘处排列无序；图22来自粉蝶，示翅脉

处排列无序。

图20

图21 图22（三）鳞翅翅面形状