伊迪丝·史密斯(Edith Smith)在佛罗里达州的蝴蝶园里饲养了一只蓝色的，更有光泽的七叶树，但是加州大学伯克利分校的研究生雷切尔·塞耶(Rachel Thayer)解释了蝴蝶新获得的虹彩的物理和遗传变化。

在此过程中，塞耶·泰耶发现蝴蝶在几代之内改变翅膀的颜色相对容易，并发现了第一个被证明影响所谓的“结构色”的基因，这种结构色是彩虹色的紫色，蓝色，绿色和金色的基础许多蝴蝶的色调。

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的遗传方法提供了起点，最终可以帮助工程师开发出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，服装和化妆品的虹彩颜色。

结构颜色不同于颜料颜色，例如您的皮肤或画布上的颜色，它们吸收或反射不同颜色的光。相反，它来自光与固体材料的交互作用，就像透明气泡产生彩色光泽一样。光线穿透并反弹回来，从而干扰了从表面反射的光线，从而抵消了一种颜色。

在佛罗里达州布鲁克市的Shady Oak蝴蝶农场，史密斯进行了常见的七叶树(Junonia coenia)的繁殖实验，该种七叶树主要是棕色的蝴蝶，带有艳丽的彩色斑点，在美国各地都有发现，通常由蝴蝶农饲养，用于蝴蝶园或婚礼。仪式-是Thayer研究结构色彩的理想选择。

加州大学伯克利分校综合生物学系的塞耶说：“伊迪丝注意到，有时这些蝴蝶在前爪的前部只有几个蓝色鳞片，并开始将蓝色动物一起繁殖。”“因此，有效地，她在自己的好奇心和直觉上进行了人工选择实验，以了解有趣的事情。”

在今天在线刊登在《eLife》杂志上的一篇论文中，泰耶和加州大学伯克利分校分子与细胞生物学教授尼帕姆·帕特尔(NipamPatel)休假，他是马萨诸塞州伍兹霍尔的海洋生物实验室主任，他描述了相关的机翼尺度的物理变化与史密斯(Smith)在常见七叶树上的实验一起，报道了一种蓝色虹彩的遗传调节剂。

Thayer说：“我特别喜欢清晰的进化背景：能够直接比较'before'和'after'并将整个故事拼凑在一起。”“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，我们知道变化的时间框架。进化生物学家并非每天都这样。”

结构颜色产生艳丽的蝴蝶

Thayer认为，由于翼展的结构颜色艳丽，已经研究了数百只蝴蝶。最艳丽的是蓝色蝶，有5英寸的虹彩蓝色翅膀和黑色边缘。然而，她的研究集中在不太艳丽的Junonia属上，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，一只平淡无奇的浅灰色蝴蝶堇三色堇(J. atlites)具有彩虹色的鳞片，用肉眼观察时其颜色融合为灰色。

她说，这项研究的一个主要教训是：“大多数蝴蝶图案可能混合了颜料颜色和结构颜色，而其中哪一种对机翼颜色的影响最大取决于颜料的含量。”

Thayer饲养了野生的褐色公七叶树和从Smith那里获得的杂交蓝色种。她使用最先进的氦离子显微镜，从机翼上对鳞片进行成像，以查看造成颜色的鳞片结构，并确定颜色变化是由于结构颜色的变化，还是仅仅是结构颜色的损失棕色颜料，使蓝色脱颖而出。

她发现鳞片上的棕色色素含量没有差异，但是几丁质的厚度却有显着差异，几丁质是构成鳞片的坚固聚合物，并且还产生了结构色。在野生七叶树中，几丁质层的厚度约为100纳米，产生的金黄色与棕色颜料混合在一起。蓝色的七叶树的甲壳质厚约190纳米-大约是肥皂泡的厚度-产生的蓝色虹彩胜过棕色颜料。

Thayer说：“实际上，它们是按照肥皂泡虹彩的工作方式来创造颜色的;实际上，这是相同的现象。”

她还发现，尽管Junonia蝴蝶的鳞片具有精细的微观结构，但结构颜色来自鳞片的底部或底部。

她说：“这是不直观的，因为秤的顶部确实具有所有这些曲线，凹槽和细节，并且最引人注意的结构颜色是精心制作的结构，通常在秤的顶部。” 。“但是标尺底部的简单平坦层控制着我们检查的每个物种的结构颜色。”

帕特尔说：“颜色归结为鳞片的相对简单的变化：薄片的厚度。”“我们相信这将是一个遗传上易处理的系统，可以使我们识别出可以控制结构着色的基因和发育机制。”

Thayer还研究了康奈尔大学研究人员创建的突变七叶树的鳞片，它们缺少控制颜色的关键基因——optix。显微照片表明，基因的缺乏还增加了几丁质壳多糖薄膜的厚度，产生了蓝色。Optix是一个调控基因，它控制着许多其他的蝴蝶基因，Thayer下一步将研究它。

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。