Összehasonlító fiziomorfológiai és termodinamikai vizsgálatok boglárkalepke-félék (Insecta, Lepidoptera, Lycaenidae) monofiletikus és nem monofiletikus fajcsoportjainak pikkelyein, különös tekintettel a diszkoloráció konvergens jelenségére = Comparative physiomorphological and thermodinamic investigations on the scales of monophyletic and non-monophyletic lycaenid butterfly (Insecta, Lepidoptera, Lycaenidae) species-groups with special regard to the convergent phenomenon of discolouration

摘要

Holarktikumban és a nearktikumban élő monofiletikus lepkefaj-csoportok szárnyain található pikkelyek micro- és nanomorfológiáját kutattuk pásztázó- és transzmissziós elektron mikroszkóppal, optikai jelenségeiket vizsgáltunk különböző spektroszkópikus technikákkal, továbbá termikus méréseket végeztünk. Megállapítottuk, hogy a magasabb taxonómiai kategóriák (génuszok, tribuszok) pikkelyeinek micro- és nanomorfológiája, és ebből fakadó spektroszkópiája kvalitatív tekintetben azonos, míg faji szinten markáns kvanitatív különbségek észlelhetők. Bemutattuk, hogy a diszkolorált lepkefajok szárnyainak fedőpikkely rétege elveszti azokat a nanostruktúrákat, amelyek fotonikus kristály elvként működő szerkezetekként működnek. Ez a minőségi változás hatékonyabb hőszabályozást eredményez, mivel az alappikelyréteg a benne levő nagy mennyiségben található pigment testek révén több napenergiát képes begyűjteni. A diszkoloráció jelensége a nappal repülő pikkelyes-szárnyú lepkék esetében széles körben kimutatható, és fontos fajképződési mechanizmus. Csillogó és matt szerkezeti színek elemzése során feltártuk, hogy a hosszú rendezettséget mutató (többkristályos) szerkezetek különféle, elsősorban szexuális kommunikációban alkalmazott fajtól függő fényes optikai szignálokat támogatnak, míg a rövid rendezettségű (magányos kristályos) szerkezetek matt színeket generálnak és univerzális univerzális szerepük álcázó vagy utánzó jellegű. Elsőként mutattuk ki a hosszú és a rövid rendezettséget mutató fotonikus kristályok jelenlétét ugyanazon lepkefaj szárnyain. | We investigated the wing scale micro- and nanomorphologies in monophyletic groups of butterflies living in the Holarctic and the Neotropic faunal regions by scanning and transmission electron microscopy, varios methods of experimental spectroscopy and we carried out thermal measurements. We found scale micro- and nanomorphology and the generated spectroscopic properties of higher taxonomic categories (genera, tribes) are qualitatively identical, but marked quantitative differencies can be detected in species level. We demonstrated that the cover scale layer in the wings of the discolored species looses nanostructures, which are working as photonic crystals int he body of the scales. This quantitative change results more sufficient thermal regulation as the ground scale layer heavily packed with pigments is able to absorb more energy from sunlight. This phenomenon is widely distributed amongst day flying Lepidoptera, and seems to be an important mechanism of speciation. By the analysis of various structural colours we demonstrated, that structures revealing long range orders (poly-crystals) support species-dependent, first of all vivid optical signals applied in sexual communication, while structures with short range orders (sinle-crystals) generate matt colours and playing an universal role in camouflage and mimicry. We have demonstrated first that photonic crystals both with long and short range orders are present in the wings of the same Lepidoptera species.