鳞翅目是昆虫纲的第二大目，已知的鳞翅目昆虫有16万种，包括常见的蝴蝶和蛾子两类。许多蛾类幼虫会在化蛹前吐丝作茧，茧不但可以帮助昆虫防御捕食者和病原微生物，还可以调节温湿度，为昆虫的生存提供了多重的保护。最为知名的茧就是蚕茧了，从蚕茧中抽丝制作织物的历史已有五千年之久。

和蚕不同，大部分蝴蝶幼虫的吐丝量较少，不足以构建包裹全身的茧，因而蝴蝶的丝常常被人们所忽视。蝴蝶也像蚕一样会经历完全变态过程，其生命周期分为四个阶段：卵、幼虫、蛹和成虫。

蝴蝶幼虫在龄期更替时会吐丝固定身体，从而帮助蜕皮。在末龄阶段，蝴蝶幼虫会吐丝挂在树枝上，然后化蛹。蝴蝶蛹根据吊挂在树枝上的方式分为两种常见类型：悬蛹和缢蛹。吐丝倒挂（头朝下）在树枝上的叫“悬 蛹”，悬蛹在蛱蝶中比较常见；身体中部和尾部都通过丝附着在树枝上的叫“缢蛹”，在凤蝶科、粉蝶科中常见。

2024年7月22日，西南大学董照明副研究员、夏庆友教授等解析了蝴蝶吐丝的秘密，在国际学术期刊ACS Biomaterials Science & Engineering上在线发表了Supplementary封面论文“How Do Butterflies Use Silk to Attach their Pupae to Trees?”。

该研究观察了蝴蝶利用丝将蛹挂在树上的两种主要方式：悬蛹（金斑蝶）和缢蛹（玉带凤蝶）。用丝垫（silk pad）固定蛹的尾端是悬蛹和缢蛹的共同方式，而用丝带（silk girdle）缠绕身体是缢蛹特有的方式。

该研究利用扫描电镜和X射线显微镜观察到蝶蛹臀棘（cremaster）与丝垫（silk pad）之间的连接类似于魔术贴（又被称为尼龙搭扣或维可牢Velcro）的钩和环之间的连接，只不过臀棘钩是船锚状的鸡爪钩，而不是简单的单钩；每个蝴蝶蛹的臀棘上有80到100个这样的钩子；这样的结构会保证连接的牢固，确保蝶蛹经历风雨也难与丝垫脱钩。

通过测定丝的机械性能，发现玉带凤蝶和金斑蝶的丝（<200MPa）性能明显比蚕丝（>300MPa）弱。因此，玉带凤蝶的丝带采用了将约20根丝线相互缠绕的策略使应力均匀分散的同时提高了总强度。玉带凤蝶在利用尾部的臀棘钩住丝垫的同时还利用“安全带”——丝带（silk girdle）围绕在身体中部，提高了自身的安全性，此策略与攀岩者将绳索系于腰间的做法有异曲同工之妙。

此项研究还解释了蝴蝶丝的蛋白质序列与结构如何影响丝的性能，发现蝴蝶丝素蛋白重链中有连续S/A（丝氨酸/丙氨酸）基序，形成beta折叠结构；但与蚕丝素蛋白重链的GX（甘氨酸+任意氨酸X，大多情况下X为丙氨酸A）基序相比，蝴蝶丝素形成的beta折叠结构比例较低，因此强度也相对较低。

总之，本研究发现蝴蝶蛹利用独特的身体结构与丝建立牢固的连接，这利于其忍受恶劣的天气和环境，顺利地完成完全变态发育过程，化蛹成蝶。

西南大学硕士卢梦瑶和诸鸿韬为共同第一作者，董照明副研究员和夏庆友教授为共同通讯作者。西部（重庆）科学城种质创制大科学中心/西南大学生物学研究中心为第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、重庆英才计划项目、重庆自然科学基金、西南大学先导计划青年团队项目等的支持。论文链接: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsbiomaterials.4c00237

文章上线后，美国化学会以“How do butterflies stick to branches during metamorphosis?”为题对该项成果进行了报道。随后，EurekAlert!、ScienceDaily、Popular Science、Scienmag、Bioengineer、Environmental News Network、Earth.com等多家科学新闻媒体予以转载。