肥皂泡和蝴蝶有什么共同点？

伊迪丝史密斯在佛罗里达州的蝴蝶花园里养了一棵蓝色且更亮的七叶树，但加州大学伯克利分校的研究生雷切尔泰尔解释了新获得的彩虹色蝴蝶的物理和基因变化。

在这个过程中，Saye Tayer发现蝴蝶在几代之内相对容易改变翅膀的颜色，并发现了第一个被证明影响所谓“结构色”的基因，这是紫色、蓝色、绿色和金色等彩虹色以及许多蝴蝶色调的基础。

她的发现为研究蝴蝶如何产生具有光学特性的复杂纳米结构的新遗传方法提供了一个起点，最终可以帮助工程师开发新的方法来生产用于太阳能电池板的光子纳米结构或用于油漆、服装和化妆品的彩虹色。

颜色结构不同于颜料颜色，比如你皮肤或画布上的颜色，它吸收或反射不同颜色的光。相反，它来自光和固体物质的相互作用，就像透明的气泡产生多彩的光泽一样。光线穿透并反射回来，从而干扰从表面反射的光线，从而抵消一种颜色。

在佛罗里达州布鲁克的黑幕橡树蝴蝶农场，史密斯进行了一项普通马栗的繁殖实验。这种马栗主要是一种褐色的蝴蝶，身上有鲜艳的彩色斑点，在美国各地都有发现，通常是蝴蝶农为了蝴蝶园或婚礼而饲养的。仪式——泰尔研究结构色彩的理想选择。

加州大学伯克利分校综合生物系的Saye说：“伊迪丝注意到，有时这些蝴蝶的前爪前只有几片蓝色的鳞片，于是开始一起繁殖蓝色的动物。”“因此，她有效地利用自己的好奇心和直觉进行了人工选择实验，以理解有趣的事情。”

在今天在线发表在《eLife》杂志上的一篇论文中，Tyer和加州大学伯克利分校的分子和细胞生物学教授NipamPatel正在度假。他是马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的主任。他描述了翅膀鳞片的相关物理变化，报告了蓝色彩虹色的遗传调节因子，以及史密斯在普通马栗树上的实验。

泰尔说：“我特别喜欢清晰的进化背景：我可以直接比较‘之前’和‘之后’，把整个故事放在一起。”“我们知道美人蕉的发蓝是最近的变化。我们清楚地知道选择的力量是什么，我们知道变革的时间框架。进化生物学家不是每天都这样。”

色彩产生绚丽的蝴蝶。

泰尔认为，由于翼展明亮的结构，数百只蝴蝶被研究过。最华丽的是蓝色的蝴蝶，有5英寸彩虹色的蓝色翅膀和黑色的边缘。然而，她的研究集中在不太艳丽的朱诺尼亚属，发现彩虹色在10个物种中很常见，甚至是单调的物种。在显微镜下，证明了一个不起眼的浅灰色蝴蝶堇(J. atlites)有彩虹色的鳞片，当用肉眼观察时，它的颜色混合成灰色。

她说，这项研究的主要教训之一是：“大多数蝴蝶图案可能混合了色素颜色和结构颜色，而其中哪一种对翅膀颜色的影响最大，取决于色素含量。”

塞尔饲养野生棕色七叶树和从史密斯获得的杂交蓝种。她用最先进的氦离子显微镜，从机翼上对鳞片进行成像，看到造成颜色的鳞片结构，确定颜色的变化是由于结构颜色的变化，还是仅仅是结构颜色中棕色色素的流失，使蓝色脱颖而出。

她发现鳞片上棕色素的含量没有差异，但甲壳素的厚度有显著差异，甲壳素是一种形成鳞片的固体聚合物，也产生结构色。在野生马栗中，几丁质层的厚度约为100 nm，产生的金黄色混合有棕色色素。蓝马栗的甲壳素约190 nm厚——约为肥皂泡的厚度——蓝色的虹彩比棕色的颜料更好。

泰尔说：“实际上，他们根据肥皂泡彩虹色的工作方式创造颜色；其实，这也是同样的现象。”

她还发现，朱诺尼亚蝴蝶的鳞片虽然有精细的显微结构，但结构色来自鳞片底部或底部。

她说，“这并不直观，因为秤的顶部确实有所有这些曲线、凹槽和细节，最引人注目的结构颜色是精细的结构，通常在秤的顶部。”。“但刻度底部的简单平面层控制着我们检查的每个物种的结构颜色。”

帕特尔说：“颜色归结为一个相对简单的尺度变化：薄片的厚度。”“我们相信，这将是一个基因可控的系统，这将使我们能够识别能够控制结构着色的基因和发育机制。”

泰尔还研究了康奈尔大学研究人员创造的变异马栗的鳞片，它缺乏控制颜色的关键基因——optix。显微照片显示，基因的缺失也增加了甲壳素壳聚糖膜的厚度，导致颜色发蓝。Optix是一种调节基因，控制着许多其他蝴蝶基因。泰尔接下来会研究它。

她说

;我认为对我们的发现很酷的一件事是，看到了在数百万年的蝴蝶进化过程中反复出现的相同机制，可以在(Smith's)人工切片实验中真正迅速地复制出来。”“那就是说，随着层板厚度的变化而产生的颜色是一种可重复的重要现象。”

加州大学伯克利分校材料科学与工程系的研究科学家Frances Allen也是该论文的合著者。这项工作得到了美国国家科学基金会(DEB-1601815，DGE-1106400)的支持。