สีที่ไม่ใช่สี — ทำไมบดปีกผีเสื้อแล้วสีน้ำเงินหายไป

ถ้าบดปีกผีเสื้อมอร์โฟให้ละเอียด สีน้ำเงินโลหะจะหายไปจนหมด เหลือแต่ผงสีน้ำตาลจืด ๆ — เพราะสิ่งที่หายไปไม่ใช่เม็ดสี แต่เป็นโครงสร้าง

ชื่อของผีเสื้อบอกความลับไว้แล้ว

ชื่อทางวิทยาศาสตร์ของอันดับผีเสื้อคือ Lepidoptera มาจากภาษากรีก lepis แปลว่าเกล็ด และ pteron แปลว่าปีก รวมกันได้ความหมายตรงตัวว่า "ปีกที่มีเกล็ด"

ปีกผีเสื้อไม่ได้เป็นแผ่นเรียบ แต่ปกคลุมด้วยเกล็ดเล็ก ๆ นับล้านชิ้นเรียงซ้อนกันเหมือนกระเบื้องมุงหลังคา แต่ละเกล็ดยึดกับปีกด้วยก้านเล็ก ๆ และหลุดง่ายมาก

ผงที่ติดมือเวลาจับผีเสื้อคือเกล็ดเหล่านี้นั่นเอง และนี่เป็นเหตุผลแรกที่ไม่ควรจับผีเสื้อ

สองวิธีทำสีที่ต่างกันคนละเรื่อง

แถวสุดท้ายคือการทดสอบที่ตัดสินได้ทันทีว่าสีที่เห็นมาจากกลไกไหน เพราะการบดทำลายโครงสร้างแต่ไม่ทำลายเม็ดสี

ผีเสื้อมอร์โฟ — ตัวอย่างที่ชัดที่สุดในโลก

สีน้ำเงินโลหะของผีเสื้อมอร์โฟจากอเมริกากลางและใต้ เป็นกรณีศึกษาที่ถูกอ้างถึงมากที่สุดในเรื่องสีเชิงโครงสร้าง

บนเกล็ดปีกของมันมีโครงสร้างซ้อนชั้นระดับนาโนที่จัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ เมื่อแสงตกกระทบ คลื่นแสงที่สะท้อนจากแต่ละชั้นจะแทรกสอดกัน ผลคือ ความยาวคลื่นสีน้ำเงินถูกเสริมกัน ส่วนความยาวคลื่นอื่นถูกหักล้าง

สิ่งที่เราเห็นจึงไม่ใช่ "เม็ดสีน้ำเงิน" แต่คือ แสงสีน้ำเงินที่ถูกคัดเลือกให้สะท้อนกลับมาเข้าตาเรา

ผลพลอยได้ที่น่าสนใจคือ ปีกผีเสื้อในตู้จัดแสดงพิพิธภัณฑ์ที่มีอายุร้อยปียังคงสีน้ำเงินสดใสอยู่ ขณะที่สีย้อมจากธรรมชาติในผ้าที่อายุเท่ากันซีดจนแทบไม่เหลือ

สีมีไว้ทำอะไร — ไม่ได้มีไว้ให้คนชม

สีสันของผีเสื้อวิวัฒนาการมาเพื่อทำงานหลายอย่างพร้อมกัน

1. พรางตัว

ผีเสื้อหลายชนิดมีปีกด้านบนสีสด แต่ปีกด้านล่างเป็นสีน้ำตาลลายใบไม้แห้ง เมื่อหุบปีกลงจึงกลายเป็นใบไม้ทันที นี่เป็นเหตุผลที่ผีเสื้อกลางวันมักหุบปีกตั้งขึ้นตอนพัก

2. เตือนว่ากินไม่ได้

สีสดจัดจ้านในธรรมชาติมักเป็นสัญญาณเตือน ผีเสื้อบางกลุ่มสะสมสารพิษจากพืชอาหารตั้งแต่ตอนเป็นหนอน แล้วใช้สีบอกผู้ล่าว่ากินแล้วจะป่วย

3. เลียนแบบชนิดที่มีพิษ

ผีเสื้อบางชนิดที่ไม่มีพิษเลยวิวัฒนาการให้มีสีเหมือนชนิดที่มีพิษ เพื่อยืมความน่ากลัวมาใช้ฟรี ๆ กลยุทธ์นี้ได้ผลตราบใดที่ตัวเลียนแบบมีจำนวนน้อยกว่าตัวจริง

4. สื่อสารกันเอง

ผีเสื้อหลายชนิดมองเห็นในช่วงอัลตราไวโอเลตซึ่งมนุษย์มองไม่เห็น ปีกที่เราเห็นเป็นสีขาวเรียบ ๆ อาจมีลวดลายชัดเจนในสายตาของผีเสื้อด้วยกัน แปลว่า เรากำลังดูภาพที่ไม่ครบมาตลอด

เกล็ดปีกไม่ได้มีไว้แค่ทำสี

นอกจากเรื่องสี เกล็ดยังทำหน้าที่อื่นที่จำเป็นต่อการมีชีวิตรอด

• ควบคุมอุณหภูมิ — เกล็ดสีเข้มช่วยดูดซับความร้อนจากแดด ซึ่งจำเป็นมากเพราะผีเสื้อต้องอุ่นพอจึงจะบินได้
• กันน้ำ — ผิวเกล็ดมีโครงสร้างที่ทำให้หยดน้ำกลิ้งออกแทนที่จะเกาะ ปีกเปียกคือปีกที่บินไม่ได้
• ลดแรงเสียดทานอากาศ — พื้นผิวที่ไม่เรียบสนิทช่วยเรื่องอากาศพลศาสตร์ขณะบิน
• ทางหนีจากใยแมงมุม — เกล็ดที่หลุดง่ายทำให้ผีเสื้อสะบัดหลุดจากใยได้ในบางกรณี โดยยอมทิ้งเกล็ดไว้แทนชีวิต

ข้อสุดท้ายอธิบายว่าทำไมเกล็ดถึงหลุดง่ายขนาดนั้น มันไม่ใช่ข้อบกพร่อง แต่เป็นการออกแบบ

มนุษย์เอาไปใช้ต่ออย่างไร

สีเชิงโครงสร้างเป็นหัวข้อที่วงการวัสดุศาสตร์สนใจมาก ด้วยเหตุผลที่ตรงไปตรงมา

สีย้อมและเม็ดสีทั่วไปมีปัญหาสองข้อคือ ซีดจางตามเวลา และ มักต้องใช้สารเคมีที่กระทบสิ่งแวดล้อม ขณะที่สีเชิงโครงสร้างไม่มีทั้งสองปัญหา เพราะไม่ได้ใช้สารเคมีให้สี และไม่ซีดตราบใดที่โครงสร้างยังอยู่

แนวทางที่มีการศึกษาได้แก่ สิ่งทอที่ให้สีโดยไม่ต้องย้อม พื้นผิวสะท้อนแสงสำหรับจอภาพที่กินไฟน้อย และวัสดุเคลือบที่เปลี่ยนสีตามมุมมองเพื่อใช้เป็นเครื่องหมายป้องกันการปลอมแปลง

ควรพูดให้ตรงว่างานเหล่านี้ส่วนใหญ่ยังอยู่ในระดับวิจัยและต้นแบบ การผลิตโครงสร้างระดับนาโนให้สม่ำเสมอในราคาที่แข่งกับสีย้อมได้ยังเป็นโจทย์ที่ยังไม่มีคำตอบสมบูรณ์

สรุป

สีบนปีกผีเสื้อไม่ได้มาจากกลไกเดียว สีโทนอุ่นส่วนใหญ่มาจากเม็ดสีจริง ส่วนสีน้ำเงิน เขียว และเหลือบโลหะมาจากโครงสร้างระดับนาโนที่จัดการกับแสง

วิธีตรวจสอบที่ง่ายที่สุดคือมองจากหลายมุม ถ้าสีเปลี่ยนตามมุม นั่นคือสีเชิงโครงสร้าง และเป็นสีที่จะไม่ซีดจางไปตามกาลเวลา

สิ่งที่ควรจำติดตัวคือ เกล็ดที่ทำให้ผีเสื้อสวยคือเกล็ดเดียวกับที่ทำให้มันบินได้และรอดชีวิตอยู่ การจับผีเสื้อจึงไม่ใช่แค่ทำให้สีจาง แต่กระทบความอยู่รอดโดยตรง

คำถามที่พบบ่อย

ทำไมผีเสื้อบางตัวเปลี่ยนสีเมื่อขยับมุมมอง

เพราะเป็นสีเชิงโครงสร้าง สีที่เห็นเกิดจากการแทรกสอดของแสงที่สะท้อนจากโครงสร้างซ้อนชั้น เมื่อมุมตกกระทบเปลี่ยน เงื่อนไขการแทรกสอดก็เปลี่ยน สีที่สะท้อนออกมาจึงเปลี่ยนตาม

ผงที่ติดมือตอนจับผีเสื้อคืออะไร อันตรายไหม

คือเกล็ดปีก ไม่เป็นอันตรายต่อคน แต่เป็นอันตรายต่อผีเสื้อ เพราะกระทบการควบคุมอุณหภูมิ การกันน้ำ และการสื่อสาร อีกทั้งการจับมักทำให้ปีกฉีกซึ่งซ่อมไม่ได้

ผีเสื้อมองเห็นสีเหมือนคนไหม

ไม่เหมือน ผีเสื้อหลายชนิดมองเห็นในช่วงอัลตราไวโอเลตที่มนุษย์มองไม่เห็น ลวดลายบางอย่างบนปีกจึงปรากฏชัดต่อผีเสื้อด้วยกันแต่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าของเรา

สีของผีเสื้อสตัฟฟ์จะซีดไหม

ขึ้นกับว่าเป็นสีแบบไหน สีจากเม็ดสีจะซีดตามเวลาโดยเฉพาะเมื่อโดนแสง ส่วนสีเชิงโครงสร้างจะคงอยู่ตราบใดที่ปีกไม่เสียหาย อย่างไรก็ตามผีเสื้อหลายชนิดในไทยเป็นสัตว์ป่าคุ้มครอง การครอบครองจึงมีความผิดตามกฎหมาย

แหล่งอ้างอิง

• หลักการสีเชิงโครงสร้าง (structural coloration) และการแทรกสอดของแสงบนเกล็ดปีกผีเสื้อสกุล Morpho — งานวิจัยด้านทัศนศาสตร์ชีวภาพและวัสดุศาสตร์
• ที่มาของชื่ออันดับ Lepidoptera และโครงสร้างเกล็ดปีก — ตำรากีฏวิทยาพื้นฐาน
• สถาบันสิ่งแวดล้อมไทย — ผีเสื้อ จิ๊กซอว์สำคัญต่อระบบนิเวศ

อ่านต่อ: ตอนที่ 5 — ผีเสื้อไทยและที่ดู · กลับไปตอนที่ 1 · หมวดสัตว์โลก