科學家首次觀察到蝴蝶翅膀上的細胞構造;藉由紅外線我們可以發現,愈亮的地方表示血液經過的範圍,散熱效果愈強。 圖/蔡政佳、虞南方
文/Rita Chen
世人大多都為蝴蝶翅膀的色彩、飛舞時的曼妙姿態感到讚歎,不過你覺得蝴蝶的翅膀是沒有生命的薄膜,還是活生生的動物器官呢?哥倫比亞大學的工程師和哈佛大學的生物學家運用紅外線成像技術呈現,蝴蝶翅膀不但是有血管、有神經的器官,還是絕佳的散熱構造呢!
就像第二心臟
當哈佛大學團隊去除蝴蝶翅膀上的鱗粉,並將神經元染色,他們觀察到翅脈中存在著複雜的循環系統,由中間一條氣管與旁邊一條或兩條血管組成,影片中還可以看到血球細胞在血管裡流著,當蝴蝶平靜的時候,幾分鐘會脈動一次,將氧氣和養分輸送到翅膀各處。翅脈的周圍布滿了感覺神經元和它們巨大的軸突,幫助蝴蝶感受到翅膀上的溫度。
身為變溫動物,蝴蝶在太陽底下取暖是很重要的,但是又小又薄的翅膀也非常容易在太陽下過熱。哥倫比亞大學的實驗室設計了一個新的紅外線成像技術,讓他們可以準確地測量活生生的蝴蝶翅膀上的溫度分布,因為昆蟲的翅膀太過輕薄和脆弱,這個實驗在以往是非常難做到的!
研究團隊發現,不論在什麼樣的溫度和環境下,蝴蝶翅脈的溫度總是比翅膀無細胞的部分低,表示有生命的部分優先受到保護。翅脈有效散熱的機制,是因為翅脈和無生命部分,覆蓋著形狀非常不同的鱗粉,鱗粉的奈米結構使翅脈成為超級輻射冷卻裝置,太陽再毒辣也不怕啦!
另外,因為翅脈上的神經元可以直接感受到溫度,不需要經過蝴蝶的視覺來衡量陽光的強度,研究團隊還展示了蝴蝶會運用行為調整翅膀上的溫度,他們會藉由轉動身體來躲避強光,在幾秒鐘之內避免翅膀過熱。
調節生理平衡
蝴蝶鱗粉的形狀或許可以激發工程師的靈感,設計出在高溫環境中擁有良好輻射冷卻功能的材料。更重要的是,這篇論文展現了昆蟲美麗的翅膀不但是有血有肉的器官,也綜合了複雜的循環、神經感覺、和機械性運動系統,幫助調節昆蟲生理上的平衡。
常常有頑皮的小孩以拔掉昆蟲的翅膀或腳為樂,我總是感到很心疼。昆蟲如迷你機械的長相可能讓很多人誤會,以為他們不如其他的動物有生命力。現在看完了這篇研究,希望大家會更珍惜、愛護我們身邊的小生命!