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在自然界中,昆蟲和其他生物身上展現出的色彩常常令人嘆為觀止。其中,構造色作為一種獨特的色彩現象,正受到越來越多科學家和工程師的關注。構造色並非由化學色素所決定,而是由生物體表面微觀結構的特殊排列所導致的光學效應。這種色彩現象不僅在昆蟲的翅膀上常見,也存在於其他生物體表面,如鳥類、魚類等。
構造色的研究不僅僅限於色彩的呈現,還牽涉到生物體的基因調控。一項新研究發現,當利用 CRISPR 基因編輯技術改變蝴蝶翅膀幾個與色素相關的基因時,也能一道改變翅膀的顏色及外形。最新發表於科學期刊《Cell Reports》的論文中,研究團隊透過 CRISPR / Cas9 技術改變東非叢林斜眼褐蝶(Bicyclus anynana)的翅膀顏色,卻發現顏色改變的同時,翅膀外形、表面結構及強韌度也跟著顏色一起改變,顯示蝴蝶控制色素產生的基因也有改變翅膀外形的功能。
新加坡國立大學(National University of Singapore)與耶魯─新加坡國立大學學院(Yale-NUS College)的助理教授 Antónia Monteiro 是這項研究的作者之一,她表示,蝴蝶體內製造翅膀黑色素產生的分子路徑中,某些最終產物除了在色素生產系統發揮功能,也參與翅膀形態的調控。
研究團隊博士後研究員 Yuji Matsuoka 利用 CRISPR / Cas 技術,將叢林斜眼褐蝶的 5 種色素基因進行突變使其失去功能,本來打算藉此了解每個色素基因對翅膀顏色的影響,卻意外發現蝴蝶翅膀的結構也跟著改變。
當色素基因突變導致黑色素無法產生時,蝴蝶翅膀會多出一層平行的幾丁質外骨骼纖維結構;而當另一個基因突變阻擋多巴胺黑色素形成時,會垂直長出另一層幾丁質結構。
Monteiro 表示,某些種類的蝴蝶能在不產生色素的情況下,透過幾丁質薄層結構,使翅膀在光線下產生不同深淺的視覺效果。光線在幾丁質表面反射時,會因為幾丁質厚度不同產生不等程度的干擾,這項研究成果可能就反映出這種現象。
來自蝴蝶的創意也在科技領域中有所應用。例如,綠色顯示器技術就受到蝴蝶翅膀結構的啟發。珍妮‧班亞特別提到高通Qualcomm在臺灣製造的Mirasol顯示器,便是藉由模擬大自然蝴蝶翅膀的結構,使用光學薄膜與微機電結構創造一個具備雙穩態永保連線特質的反射式螢幕,螢幕還擁有節能及如紙般的閱讀性。Mirasol顯示器以干涉測量調節Interferometric Modulator (IMOD) 的反射技術為基礎,模擬蝴蝶拍動翅膀時創造生動色彩的現象,設計出多種顯示螢幕,不僅耗能低,還能讓使用者在多種光線環境下觀看內容,而且光線越強,顯示螢幕就越清楚,在陽光底下觀看螢幕也沒問題。高通不僅運用Mirasol技術開發出閱讀器,也進一步推出智慧型手表,未來相關技術運用望越來越普及。這顯示了自然界的創意如何啟發人類開發出更加節能、環保的新技術。
總而言之,蝴蝶的翅膀色彩不僅美麗奇妙,還蘊含著豐富的科學價值和應用潛力。我們應該尊重和保護自然資源,善待自然界的生態系統,同時积极探索和利用自然界的智慧和資源,為人類社會的可持續發展做出貢獻。