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蝶の翅の輝き

2010年06月24日 17:32

モルフォ蝶は太陽の光を浴びて、見る角度により色を代える青を基調とした鮮やかな色彩の蝶である。この蝶は青色の色素を纏っているのではなく、鱗粉の微細構造により、光を屈折させ主に青色の波長を反射することで、青く見せる構造色で着飾っている(写真1)。

身近な構造色にはコンパクトディスクやシャボン玉などが挙げられる。コンパクトディスクやシャボンには、それ自身には色がついていないが、その微細な構造によって光が干渉するため、色づいて見える。構造色の特徴として、見る角度に応じて、様々な色彩が見られることが挙げられる。色素や顔料による発色と異なり、紫外線などにより脱色することがなく、繊維や自動車の塗装など工業的応用研究が進んでいる。光の波長程度の薄い膜では、膜の上面で反射する光と下面で反射する光が干渉するため、膜の厚さに対応した波長光が色づいて見える。シャボン玉や油膜に色が付いて見えるのは、このような薄膜干渉に起因している。シャボンや油膜の厚さに応じて、様々に色づいて見える。

アワビ等の貝殻の内側は、真珠母と呼ばれる炭酸カルシウムの薄膜が層構造を形成しており、1つ1つの層から反射される光が干渉することで、様々な色合いが見られる。これを多層膜干渉と呼ぶ。タマムシ、ハナムグリといった甲虫類に見られる金属光沢に富んだ色彩は、キチン質の層構造によるものである。オオゴマダラといったチョウの蛹も同様に金属光沢のある構造色が見られる。
コンパクトディスクやDVDではアルミ薄膜表面に刻まれた凹凸によってデジタル情報を記録している。この凹凸が回折格子の様に光を干渉するため、記録面側は虹色に見える。これは微細な溝、突起によって起こる干渉色である。クジャクやカワセミといった鳥類では、羽毛にある微細な構造によって、鮮やかな色彩が現れる。(Wikipedia)。

話を蝶の翅の輝きにもどそう。『生きた宝石』とも呼ばれるモルフォチョウの翅は、鮮やかな青色をしているが、これは鱗粉表面に刻まれた格子状の構造による構造色である。
モルフォ蝶の鱗粉は約180x75ミクロンの長方形で、モンシロ蝶は100x55ミクロンくらいの花びらのような形をしていて、いずれも瓦のように一部重なりながら、規則正しく敷き詰められている(写真2)。
更に拡大するとモルフォ蝶では約1μm周期の縞状構造が見えてくる。竹製の垣根や天井のように、節のような凹凸がある棒が平行に並んだ構造である。また、苗を植えた畑の畝のようにも見える(写真3)。
モルフォ蝶の鱗粉の構造をさらに詳しく調べるため、約1μm周期の畝構造を断面方向から観察したのが(写真4)である。
この多層膜構造について、大阪大学の木下修一教授が詳しく調べ、青色などの色に見える理由を説明している。
多層膜構造を棚構造と呼び、その構造では組織の屈折率と間隔から、垂直に光を入れたとき、もっとも強く反射する光の波長は480nmになり、青色に見える原因となると説明されている。しかも、各列は規則的に見えるが、正確には上下の差や傾きがあり、各列の光が干渉するほど規則的でない(非干渉)ことから、どの方向から見てもきらきらと同じ色だけが見える理由であると説明されている。このように、特殊な構造によって、特定の波長の光だけを反射して見える色を「構造色」と呼んでいる。光の波長より小さい微細構造、規則と不規則の共存で構造色が発生するという(文ちゃんのタイニーカフェテラスより)。

自然界の驚異としか言いようの無いナノテクを利用した極彩色の進化である。自然は進化の過程で特定の波長のみを反射する超微細構造を作り上げ、鮮やかな色褪せない色彩をつくりあげ、その衣をもって蝶の翅を飾り、カワセミの華やかな羽を作り出し、玉虫の虹色に輝くコートを作り上げて来た。これを自然の驚異と言わずしてなんと言うのであろうか。
地球を支配し、自然を自分達の都合で壊し続けて来た人間も、やっとこの仕組みを解明し、構造色を利用しようとする所まで到達した。蝶の翅一つにしても、それは自然界が何億年もかかって、試行錯誤の過程で作り上げて来た宝石である。その個体を絶滅させてしまえば、永久にこの宝石を失う事になる。生物学を志すものにとって、一匹一匹の虫や生物の多様性に目を向け、気の遠くなるような長い年月をかけて進化して来た、種が失われないように努力しなくてはならない。
日頃、気にも留めていない虫や毛嫌いされている虫達も驚異のハイテクをもってその体は造られている。人間はそれら虫達が持っている、ハイテク機能を学び応用しようとしている。人に毛嫌いされているゴキブリをとってしてもそうかも知れない。ゴキブリも進化の過程を経て長年生きて来たし、現在も生きている。人の生活に都合悪いとか気持ち悪いというだけで殺していいものか?
参考
勢多農林高http://www3.wind.ne.jp/a2480/2006/h18/h50s/50s.html校理科部

写真1 モルフォ蝶 写真2 モルフォ蝶鱗粉構造  写真3 鱗粉の微細構造  写真4 鱗粉構造の切断面

写真5 カワセミ(walkbirder.exblog.jp/ より)
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