蝶のmotheye角膜乳頭アレイに光

Mothsの複合目の椎間レンズの外面は、角膜乳首と呼ばれる過度の皮肉な突起の配列で構成されています。走査電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、および光学モデリングにより、19日間の蝶種のファセットレンズのMotheye角膜乳頭アレイを調査しました。乳首は、ほぼ結晶の六角形の梱包を備えたドメインに配置されているように見えました。乳首距離は、約180〜240 nmの範囲でわずかに変化することがわかっていましたが、乳首の高さは、以前の研究とよく一致して、0（パピリオニド）と230 nm（nymphalid）の間で変化しました。乳首は、距離が光の波長よりも明らかに小さいため、空気とファセットレンズ材料の間の勾配屈折率を持つインターフェイスを作成します。屈折率の勾配は、効果的な媒体理論から推定されました。乳頭層の高さを100個の薄いスライスに分割することにより、光学的多層モデルを適用して、高さ、偏光、入射角の関数としてファセットレンズの反射率を計算できます。反射率は、乳首の高さの増加とともに徐々に減少しました。放物線の形状と高さ250 nmの乳首は、基部で互いに触れ、通常入射光の反射率を実質的に完全に減らしました。偏光に対する反射率の計算された依存性は、実験データとよく一致し、モデリングの妥当性を強調しました。角膜の乳首は、主に、日中は不活性なmothの目のまぶしを減らすために機能しているため、捕食者の目に見えなくなります。mothはおそらく日中の蝶の先祖であり、ほとんどの蝶種の乳首のサイズが小さくなると、消失の特性を示していることを示唆しています。この効果は、非常に発達した状態に沿って、実質的に乳首が存在しないパピリオニドでは極端です。鱗pid目の眼のommatidiaのタペタムについて、同様の進化の発達に気付くことができます。Motheyesでは最も精巧ですが、ほとんどの日中の蝶では大幅に減少し、パピリオニドには存在しません。

The outer surface of the facet lenses in the compound eyes of moths consists of an array of excessive cuticular protuberances, termed corneal nipples. We have investigated the moth-eye corneal nipple array of the facet lenses of 19 diurnal butterfly species by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and atomic force microscope, as well as by optical modelling. The nipples appeared to be arranged in domains with almost crystalline, hexagonal packing. The nipple distances were found to vary only slightly, ranging from about 180 to 240 nm, but the nipple heights varied between 0 (papilionids) and 230 nm (a nymphalid), in good agreement with previous work. The nipples create an interface with a gradient refractive index between that of air and the facet lens material, because their distance is distinctly smaller than the wavelength of light. The gradient in the refractive index was deduced from effective medium theory. By dividing the height of the nipple layer into 100 thin slices, an optical multilayer model could be applied to calculate the reflectance of the facet lenses as a function of height, polarization and angle of incidence. The reflectance progressively diminished with increased nipple height. Nipples with a paraboloid shape and height 250 nm, touching each other at the base, virtually completely reduced the reflectance for normally incident light. The calculated dependence of the reflectance on polarization and angle of incidence agreed well with experimental data, underscoring the validity of the modelling. The corneal nipples presumably mainly function to reduce the eye glare of moths that are inactive during the day, so to make them less visible for predators. Moths are probably ancestral to the diurnal butterflies, suggesting that the reduced size of the nipples of most butterfly species indicates a vanishing trait. This effect is extreme in papilionids, which have virtually absent nipples, in line with their highly developed status. A similar evolutionary development can be noticed for the tapetum of the ommatidia of lepidopteran eyes. It is most elaborate in moth-eyes, but strongly reduced in most diurnal butterflies and absent in papilionids.