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這些昆蟲為何穿越億年仍能“自帶光芒”

小知識(shí)反射膜琥珀科普昆蟲結(jié)構(gòu)色


這些昆蟲為何穿越億年仍能“自帶光芒”



此前有學(xué)者曾在距今5000萬年前的始新世印痕化石中，發(fā)現(xiàn)過與顏色有關(guān)的昆蟲納米結(jié)構(gòu)，但一億年前的昆蟲是否已經(jīng)演化出結(jié)構(gòu)色一直成謎 。
從孔雀羽毛的艷光四射，到毒箭蛙的明亮警告色，再到北極熊的白色偽裝 。 動(dòng)物王國里，生龍活虎的動(dòng)物們用各種體色，掩飾各種“心機(jī)” 。
昆蟲是地球上物種數(shù)量最多的生物，展現(xiàn)了極其豐富的顏色 。 它們的顏色分為色素色和結(jié)構(gòu)色，具有金屬光澤的甲蟲殼、蝴蝶或飛蛾閃閃發(fā)光的鱗片，都是典型的結(jié)構(gòu)色 。 不過，當(dāng)這種絢爛融為化石，便從此黯淡無光 。
【這些昆蟲為何穿越億年仍能“自帶光芒”】目前，化石中很少保有生物的色彩細(xì)節(jié)，地質(zhì)歷史中原始的結(jié)構(gòu)色的證據(jù)極其罕見，大多數(shù)古生物復(fù)原圖都是根據(jù)藝術(shù)家的想象重建 。
近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所（以下簡(jiǎn)稱中科院南古所）科研團(tuán)隊(duì)揭開了近1億年前的昆蟲真實(shí)色彩的秘密 。 他們對(duì)白堊紀(jì)緬甸琥珀中具有金屬色彩的昆蟲進(jìn)行系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn)，純凈而強(qiáng)烈的顏色可直接在昆蟲體表保存下來，奧秘就隱藏在昆蟲體表內(nèi)一種特殊的納米結(jié)構(gòu)中 。 相關(guān)研究于近日在線發(fā)表于英國《皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊—B輯》上，這為了解白堊紀(jì)雨林中與恐龍共存的昆蟲提供了新的視角 。
古生物的顏色在化石中難覓蹤跡
自然界中的顏色主要有三個(gè)來源，即生物發(fā)光、色素色和結(jié)構(gòu)色 。 結(jié)構(gòu)色是光照射在蟲體表面的微觀結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生折射、衍射及干擾而形成的，是自然界中色彩最為純凈且最強(qiáng)烈的顏色 。
由于化石保存等因素的局限，對(duì)古生物的顏色復(fù)原一直是項(xiàng)很復(fù)雜的工作 。
此次研究的第一作者與通訊作者、中科院南古所副研究員蔡晨陽告訴科技日?qǐng)?bào)采訪人員，動(dòng)物結(jié)構(gòu)色也有多種來源，最普遍的是動(dòng)物體表的多層反射膜，常見于金龜、蒼蠅、吉丁蟲；還有的是來自衍射光柵，常見于孔雀羽毛、藍(lán)閃蝶；光子晶體是比較少見的一種，例如呈現(xiàn)歐寶色的象甲 。
“化石中的結(jié)構(gòu)色，可以為生物間的視覺交流和顏色的功能演化等提供重要證據(jù) 。 此前，有學(xué)者曾在距今約5000萬年前的始新世的印痕化石里，發(fā)現(xiàn)過與顏色相關(guān)的昆蟲的納米結(jié)構(gòu) 。 但是，上溯到一億年前的昆蟲，是否已經(jīng)演化出結(jié)構(gòu)色一直成謎，此前我們也沒有在這個(gè)時(shí)期的化石中發(fā)現(xiàn)過顏色鮮艷的昆蟲，而在此前的研究文獻(xiàn)中，很多學(xué)者認(rèn)為，中生代的結(jié)構(gòu)色也很難保存下來 。 ”蔡晨陽說 。
目前，學(xué)術(shù)界的普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，不管是色素色還是結(jié)構(gòu)色，在化石中，它們都難覓蹤跡 。 中科院南古所研究員王博向采訪人員介紹：“色素色是一種化學(xué)色，它在動(dòng)物死后，很快會(huì)降解，所以很難保存下來；而結(jié)構(gòu)色雖然有納米結(jié)構(gòu)，但經(jīng)過高溫高壓的地質(zhì)演變、腐蝕，結(jié)構(gòu)也會(huì)被破壞，導(dǎo)致褪色、變色 。 ”
不過，科學(xué)家們總能找到古生物顏色的蛛絲馬跡，他們利用動(dòng)物體表極薄的蠟層、溝、縫以及黑色素體等結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)生動(dòng)物做對(duì)比，重建或推測(cè)古代動(dòng)物的顏色 。
2018年，王博與德國、英國的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)聯(lián)合刊文稱，他們發(fā)現(xiàn)侏羅紀(jì)的蛾類鱗片已經(jīng)演化出魚骨狀的衍射光柵等光學(xué)結(jié)構(gòu) 。 團(tuán)隊(duì)利用化石鱗片數(shù)據(jù)，重建了鱗片微結(jié)構(gòu)的三維光學(xué)模型，最終利用光學(xué)模擬軟件和計(jì)算機(jī)定量計(jì)算出化石蛾類產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)色，推測(cè)出這類蛾的鱗片會(huì)產(chǎn)生銀色或金黃色 。
2010年，中國、英國和愛爾蘭等三國科學(xué)家，曾在《自然》刊文稱，他們?cè)谥袊鵁岷由锶旱镍B類和帶毛的恐龍中發(fā)現(xiàn)兩種黑色素體，并將黑色素體的形狀和排列方式，與現(xiàn)代鳥類做對(duì)比后推測(cè)，這些帶毛的恐龍和古鳥類的身體已經(jīng)具有以灰色、褐色、黃色及紅色為主要色彩的基礎(chǔ) 。

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