从帝王蝶的危险警示橙，到斑蝶的尊贵蓝，蝴蝶拥有真正的彩虹般的色彩。
昆虫之所以能展现出这些令人难以置信的色彩，要归功于它们翅膀上的鳞片。这些鳞片由晶体组成，而晶体又由一种叫做几丁质的糖分子构成（它也是昆虫外骨骼和蘑菇的主要成分）。蝴蝶鳞片上的微小晶体被称为陀螺仪晶体（gyroids）。它们不仅引起生物学家的兴趣，也引起了材料科学家的兴趣。蝴蝶的陀螺仪晶体比当今人类制造的任何东西都更微小、更精确。
发表在《科学进展》（Science Advances）上的一篇新论文探讨了这些晶体在蝴蝶从毛毛虫蜕变成美丽终形态的过程中是如何在蝴蝶翅膀上发育的。
研究人员还无法将摄像头放入蛹中实时观察这一过程——尽管有实验室正在致力于解决这个问题。首先，尽管现在的摄像头非常出色，但它们还不够小或不够灵敏，无法实时观察鳞片形成等过程，而且蛹的潮湿内部对精密电子设备并不友好。
“蝴蝶的化蛹过程通常持续约2周，”该研究的首席作者Bodo Wilts在电子邮件中说。“根据蝴蝶的种类和饲养条件，鳞片从最初可辨认的形状到完全成形大约需要2-3天。”
Wilts和同事们没有试图实时观察鳞片和陀螺仪晶体的发育，而是用显微镜仔细观察了来自墨西哥的铜斑蝶（Thecla opisena）成熟的鳞片，从而更近距离地看到了翅膀结构的细节。
“当我第一次在光学显微镜下看到这种蝴蝶时，我感到非常兴奋，”Wilts说。“我本以为会发现许多蝴蝶身上常见的‘普通’绿色鳞片图案，但却发现每个翅鳞都带有结构化的纳米晶体，而且令人惊讶的是，这些晶体并没有相互连接。”
在这只蝴蝶身上，陀螺仪晶体沿着单个鳞片从大到小排列成线状，赋予了鳞片标志性的光泽和色素，同时也让研究人员得以一窥它们可能的形成方式。他们表示，这些结构的形状似乎不是在蛹内的预设模板中生长，而是随时间动态生长。
这项研究只考察了超过14万种蝴蝶中的一种，但很有可能这能让研究人员更多地了解其他蝴蝶如何形成它们独特的翅膀图案。
“我们预计，此处开发的生长机制适用于具有相似鳞片图案的其他蝴蝶，”Wilts说。“然而，我坚信它甚至可以更普遍地应用于大多数翅鳞。尽管蝴蝶的纳米结构多样性巨大，但所有鳞片都共享相同的基本生长机制。”
Wilts目前正在进行另一项针对多种物种的研究。这些纳米结构还可以让研究人员更多地了解其他生物和结构，例如细胞中的线粒体，它们也具有类似的复杂模式。
“目前的研究只能间接暗示细胞层面的机制，但我预计未来的工作将受到启发，”Wilts说。“学习和揭示分子层面上这些复杂折叠模式背后的原理将非常重要。”
