蝴蝶的開始是奇妙的。毛毛蟲輕輕地依偎在它的繭里，然後變成了一個仙女般的生物，它的每隻翅膀上都有精心布置的彩虹色的鱗片。科學家們一直在逐一拼湊這種神奇的蛻變是如何發生的。現在，他們解開了另一個步驟：鱗片的形成。
來自麻省理工學院的一組科學家通過直接觀察一隻正在蛻變的毛蟲的蛹–一隻正在變成彩蝶的蛹–記錄了昆蟲在蛻變過程中的鱗片。這些令人驚嘆的鏡頭和選定的圖像周一發表在《PNAS》上。
這些蝴蝶的翅膀不僅僅是美麗的。了解它們的結構圖最終可以讓窗戶和熱系統等建築材料受益，甚至為紡織品帶來空靈的品質。
MIT機械工程副教授、該研究的論文合著者Mathias Kolle在一份聲明中說道：“以往的研究在發展的特定階段提供了引人注目的快照；然而遺憾的是，它們沒有揭示出規模結構成長過程中發生的連續時間線和順序。我們需要看到更多，以便開始更好地理解它。”
首先，研究人員在毛蟲開始轉變時，小心翼翼地切入它那薄如紙的蛹。然後，他們剝去發育中的翅膀的一個角質層或覆蓋層進而暴露出下面的萌芽鱗片。
但為了保證即將誕生的蝴蝶寶寶的安全，他們在切口上放置了一個透明的覆蓋物。這樣一來，毛蟲可以繼續自然進化，而研究小組則可以獲得一個非常好的觀察視角。
MIT機械工程系的研究員、該研究的論文第一作者Anthony McDougal指出：“這篇論文側重於蝴蝶翅膀表面的東西……但在表面之下，我們也可以看到細胞像胡蘿蔔一樣紮下根來併發出跟其他根的連接。隨着細胞的組織，表面下有交流，而在表面上，鱗片正在形成。我們可以直觀地看到這一切 — 這真的很美。”
為了分離出半透明的鱗片結構，研究小組使用了一個“斑點場”來突出每一個通風的、五顏六色的薄片。他們沒有採用傳統的光束–因為光束往往很寬且可能通過紫外線輻射損壞鱗片–而是在特定的點上照射微小的光斑。
MIT機械工程和生物工程教授Peter So說道：“一個斑點場就像成千上萬的螢火蟲，產生一個照明點的場。通過使用這種方法，我們可以隔離來自不同層的光線並可以重建信息以有效地映射出一個3D結構。”
那麼得到的結果是什麼？–令人嘆為觀止。
雖然鏡頭裡存在一堆噪音–主要是左上角的鱗片邊緣，但鱗片進化的步驟很容易看到。在幾天內，細胞開始排隊並排列成一個類似瓦片的模式，一些細胞則被壓在其他細胞下面。
隨着它們的繼續生長，它們以一種意想不到的方式形成了它們特有的脊。鱗片沒有像研究人員懷疑的那樣逐漸皺成手風琴形狀，而是突然產生了一種波浪狀。該小組希望在未來的項目中更深入地研究脊線形成的確切機制。
McDougal表示：“這些階段中的很多都是以前了解和看到的，但現在我們可以把它們全部拼接在一起並連續觀察正在發生的事情，這給了我們更多關於鱗片如何形成的細節信息。”
從童話到現實
除了神秘的吸引力之外，蝴蝶的翅膀也令人着迷，因為它們為許多人類製造的物品提供了一個理想的藍圖，特別是它們的鱗片，擁有一些功利性的特徵。
研究小組指出，這種複雜的結構有助於昆蟲在熱的時候降溫並在雨天沿着它們的脊背甩掉水分。但也許最引人注目的是，這些鱗片利用一種叫做結構着色的概念，它在沒有任何色素的情況下發出顏色。
跟標準的顏料或染料（吸收或反射特定波長的電磁輻射併發出相應的顏色）相比，結構着色並不依賴於化學成分。相反，物理結構是關鍵。
在蝴蝶的翅膀上，每個鱗片的位置是這樣的：光線被獨特地散射；我們的眼睛接收到跟這種散射有關的特定顏色。這就是為什麼一些有光澤的昆蟲在不同的角度看起來會改變顏色。
實際上，結構性顏色已經激發了一些不同的產品，比如研究人員發明的可持續閃粉，他們希望藉此能減輕對微塑料的使用。“這種策略可能會被使用，如給汽車和建築物同時賦予顏色和自清潔特性，”McDougal說道，“現在我們可以從蝴蝶對這些複雜的微納米結構材料的結構控制中學習。”
事實證明，蝴蝶的翅膀不僅僅是精緻的。它們是由可能是我們擁有的最接近仙塵的鱗片偶然建成的。