蝴蝶的颜色从何而来?

由:詹妮弗•霍顿

这只亚历山德拉女王的鸟翼充满活力的蓝色翅膀很容易被发现,尤其是它有11英寸的翼展。查看更多昆虫的图片
科林Keates /英国多林金德斯利有限公司制造书籍/盖蒂图片社

蝴蝶拥有自然界中最引人注目的色彩显示。当它们从一朵花飞到另一朵花采集花蜜时,它们色彩鲜艳的翅膀似乎在你眼前闪闪发光,变换着颜色。飞行员在上空飞行热带雨林能在半英里外看到南美洲大闪蝶的亮蓝色[来源:Vukusic]。蝴蝶丰富的颜色可以充当伪装,配偶吸引和警告信号。

但是,是什么让蝴蝶翅膀上鲜艳的颜色看起来像在跳舞呢?它们怎么能拥有如此强烈的色彩呢?

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蝴蝶的颜色有两种来源:普通的(或色素)颜色颜色和结构。普通的颜色来自普通的化学色素,它们吸收特定波长的光,并反射其他波长的光。例如,叶绿素使植物变绿。叶绿素吸收光谱中的蓝色和红色,但不吸收你在反射回眼睛时看到的绿色。大多数蝴蝶的棕色和黄色都来自于黑色素,正是这种色素让你在夏天晒黑,并让一些人长雀斑。

结构色蝴蝶的数量是有趣的地方。这种颜色来源于蝴蝶翅膀的特殊结构,这也解释了为什么蝴蝶的某些颜色似乎在变化,而且看起来如此强烈。这种随着观察者的移动而改变颜色的特性被称为彩虹色在自然界中,这种情况比你想象的要多。珍珠的母亲,贝壳,鱼和孔雀只是几个例子,这种性质的动物,但它是最明显的蝴蝶家族。它发生时通过一个透明的、多层的表面并被反射不止一次。多重反射相互复合并强化颜色。

在下一页了解彩虹色的特质和蝴蝶翅膀的结构是如何合力创造出如此令人敬畏的效果的。

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彩虹色的性质

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相构干涉放大了蝴蝶翅膀的颜色。
HowStuffWorks

当谈到彩虹色时,记住这一点很有帮助波和可以被描述为波长:波上相同点之间的距离。波也可以用它们来描述阶段:他们的位置波峰(重点)低谷(低点)。当两个波具有相同的相位时,如果把它们的波峰和波谷放在彼此的顶部,它们就会对齐。

不管你知不知道,你可能从孩提时代就对彩虹很熟悉了。当你用魔杖吹泡泡或在浴缸里玩泡泡时,你可能会对它感到惊讶。对于肥皂泡,光首先穿过肥皂泡的顶层,其中一些被反射,而另一些光继续穿过底层,在那里又有一些被反射。这取决于第二次反射与第一次反射和其他几个因素结合所花费的时间,这两种波可能连在一起,也可能不连在一起,也可能具有相同的相位。如果这两种波的相位相差一个完整波长的几倍,则称这两种波具有相同的相位相长干涉.如果两种波相差半个波长或者是奇数倍,它们就有相消干涉

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虹彩中发生的是相构干涉。它使两种波相互补充,并加强了反射。彩虹色的效果比普通色素能产生更强烈的颜色。破坏性干涉导致两种波相互抵消,从而削弱反射,或者完全破坏反射。基本上,当多个光波的波峰和波谷匹配时,它们的能量就会被放大。当它们不匹配时,它们大多被摧毁。

好吧,你是说,但蝴蝶的翅膀一点也不像肥皂泡。那么他们是如何做到的呢?继续往下读,看看彩虹色是如何在蝴蝶的翅膀上发挥作用的。

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蝴蝶翅膀上的彩虹色

当光线照射到蝴蝶翅膀的不同层时,会被反射无数次。所有这些反射的结合导致了许多物种的强烈颜色。"width=
当光线照射到蝴蝶翅膀的不同层时,会被反射无数次。所有这些反射的结合导致了许多物种的强烈颜色。

肥皂泡背后的原理同样适用于蝴蝶的翅膀。然而,它们的翅膀放大了彩虹色的效果,因为它们有更多的层次从而使光波有更多的机会相互反射和放大。

蝴蝶的翅膀虽然很小,但上面覆盖着成千上万的微小鳞片,分成两到三层——因此它们的希腊目名,鳞翅目,意思是有鳞的翅膀。反过来,每个鳞片都有多个由空气隔开的层。不同于气泡中只有来自顶部和底部的构造干涉,许多等距的蝴蝶翅膀层产生了多个构造干涉实例。

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当光线照射到蝴蝶翅膀的不同层时,会被反射无数次,所有这些反射的结合导致了你在许多物种中看到的非常强烈的颜色。一些蝴蝶的展示甚至延伸到紫外线光谱,这对蝴蝶来说是可见的,但对人类来说不是。这种探测紫外线的能力指引着帝王蝶每年从北美迁徙到墨西哥。

蝴蝶的结构和颜色的结合可以创造有趣的效果。例如,如果你看到一只蝴蝶在一个产生蓝色彩虹色的结构下有黄色的色素,你可能会看到由两种颜色合并而成的绿色阴影。或者根据你的观点,你可能会看到蓝色、黄色、绿色或三者的组合。当蝴蝶移动它的翅膀,光线以不同的角度进入时,你的视野就会改变。

蝴蝶的翅膀有多种颜色和图案。"width=
蝴蝶的翅膀有多种颜色和图案。
©iStockphoto.com/Ismael Montero Verdu

它们是否作为伪装或者是交流,彩绘女士的绚丽复杂的翅膀,红点紫色和成千上万种其他蝴蝶的美丽都归功于彩虹色和结构颜色。

更多关于蝴蝶和彩虹的信息,请访问下一页的链接。

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来源

  • Jeananda坳。“蝴蝶翅膀解剖学。”魔法学习。2000年。(2008年2月20日)http://www.zoomdinosaurs.com/subjects/butterflies/anatomy/Wings.shtml
  • 杜马,迈克尔,馆长。“蝴蝶”。《颜色的成因》,2007。WebExhibits。华盛顿特区动力教育促进研究所。(Feb.20, 2008) http://webexhibits.org/causesofcolor/15.html
  • Vukusic, Pete等人。埃克塞特大学的自然光子学埃克塞特大学。(2008年2月20日)http://newton.ex.ac.uk/research/emag/butterflies/index.html
  • Vukusic, Pete和J. Roy Sambles。《生物学中的光子结构》大自然。2003年8月14日。(2008年2月20日)http://newton.ex.ac.uk/research/emag/butterflies/pdf/nature_2003_424_852.pdf

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