与许多依靠色素着色的鲜艳昆虫不同，蝴蝶的闪耀光泽有其独特的来源：它们翅膀上微小鳞片的精确结构和排列。这些小而强大的鳞片不仅提供虹彩，还能维持体温并抵御外界环境的影响。
麻省理工学院的科学家们首次研发出了一种方法，可以在蝴蝶的蛹内观察和记录它们发育过程中鳞片生长和排列的过程。研究团队饲养了撒哈拉粉蝶（Vanessa cardui），等待毛毛虫化蛹。一旦变态开始，研究团队就切开每个蛹的表皮，并用盖玻片覆盖开口，通过这个“窗口”观察正在发育的翅膀。研究团队记录了从头到尾的翅膀鳞片发育过程，并将他们的研究成果发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。
蝴蝶鳞片是复杂的微观结构，但目前对其形成的大部分了解都基于发育中和成熟蝴蝶翅膀的静态图像。研究团队知道，他们需要更清晰、更全面的视角来了解蝴蝶翅膀的发育过程和鳞片的功能。
“之前的研究提供了选定发育阶段令人信服的快照；但不幸的是，它们并没有揭示鳞片结构生长过程中连续的时间线和顺序，”共同作者、机械工程师 Matthias Kolle 在一份声明中说。“我们需要看得更多才能开始更好地理解它。”
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为了可视化这个连续的过程，研究团队使用了斑点相关反射相位显微镜，这是一种基于光的成像技术，它将分散的光斑场应用于目标。集中的宽光束会损害蝴蝶娇嫩的翅膀细胞，但这种方法可以在不造成残留损伤的情况下生成详细的鳞片三维地图。共同作者、生物工程师 Peter So 将斑点场显微镜比作“数千只萤火虫产生一片照明点”。
凭借高分辨率成像，科学家们发现，在蛹形成后的几天内，蝴蝶鳞片细胞就迅速排列成行。这些细胞发育成覆盖在翅膀上的覆盖鳞，或生长在下方的基部鳞。随着细胞的继续生长，研究团队原本预计每个细胞会像手风琴一样起皱和压缩。然而，每个细胞却呈现出一种波浪状，就像金属屋顶的波纹一样。
作者们希望进一步研究这种波纹的形成机制，并寻求以蝴蝶鳞片为灵感设计新材料。蝴蝶鳞片还具有其他迷人的特性，如疏水性和调节温度的能力。首席作者、机械工程师 Anthony McDougal 在一份声明中表示，了解鳞片的形成过程，可以帮助“为汽车和建筑物提供色彩和自清洁功能。现在我们可以从蝴蝶对这些复杂微纳米结构材料的结构控制中学习。”
