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這些昆蟲為何穿越億年仍能“自帶光芒”( 二 )

小知識(shí)反射膜琥珀科普昆蟲結(jié)構(gòu)色


多層反射膜讓昆蟲顏色保存億年
如何從結(jié)構(gòu)色中發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)古昆蟲的顏色演化之謎，對(duì)蔡晨陽來說，源自2015年的一次啟發(fā) 。 那年，他在美國一家博物館看到桌上擺放著給小朋友科普用的昆蟲標(biāo)本，是介紹色素色和結(jié)構(gòu)色的，他頓時(shí)被吸引住了 。 回國之后，他開始著手整理琥珀中昆蟲體表有金屬光澤的樣本 。
歷經(jīng)多年，他和中科院南古所泮燕紅研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)從距今9900萬年的白堊紀(jì)中期約4萬枚琥珀中，挑選出35枚化石 。 這些化石全部來自緬甸北部的一處礦山，其中的昆蟲都保存著精美的金屬光澤 。
在顯微鏡下，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這35塊琥珀化石的昆蟲，包括膜翅目、鞘翅目和雙翅目，至少有7個(gè)科，其中絕大部分標(biāo)本屬于膜翅目青蜂科，少部分屬于鞘翅目隱翅蟲科、蠟斑甲科，以及雙翅目的水虻科 。
“我們用50納米的刀，對(duì)其中的兩塊琥珀做了幾微米的超薄切片，又用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡分析發(fā)現(xiàn)，一種青蜂科昆蟲胸部表面的藍(lán)綠色是由多層重復(fù)出現(xiàn)的納米級(jí)構(gòu)造組成，即多層反射膜 。 ”蔡晨陽說，在顯微鏡下，他們發(fā)現(xiàn)一只青峰體表有6層反射膜，每一層的厚度約為100納米 。
“根據(jù)每層膜的厚度和折射率等參數(shù)可以計(jì)算出，這6層膜的反射波長(zhǎng)在514納米左右，也就是綠色，這與我們?cè)陲@微鏡下肉眼看到的化石青蜂的綠色是接近的 。 而在另一塊切片琥珀中的青蜂，體表是沒有金屬光澤的黑色，我們?cè)陲@微鏡下發(fā)現(xiàn)，這只青蜂的多層反射膜出現(xiàn)了褶皺，也就是結(jié)構(gòu)被破壞了，這證實(shí)了多層反射膜是產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的直接原因，且昆蟲體表的顏色可能就是原始顏色，但也不排除顏色發(fā)生微小變化 。 ”蔡晨陽說 。
這批琥珀中，大部分昆蟲的全身或是部分身體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的具金屬光澤的綠色、藍(lán)色、藍(lán)綠色、黃綠色或藍(lán)紫色 。 通過與古生、現(xiàn)生物種的對(duì)比研究，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這些化石昆蟲對(duì)應(yīng)的現(xiàn)生屬種同樣有類似的帶有金屬光澤的顏色 。 這一發(fā)現(xiàn)直接證明了中生代昆蟲的亮眼結(jié)構(gòu)色是可以保存下來的 。
“這次發(fā)現(xiàn)直接證明了多層反射膜可在長(zhǎng)期地質(zhì)歷史中穩(wěn)定保存，否定了前人關(guān)于昆蟲金屬色不能在中生代化石中保存的觀點(diǎn)，并對(duì)認(rèn)識(shí)早期昆蟲結(jié)構(gòu)色生態(tài)功能的演化具有重要意義 。 ”蔡晨陽說 。
古老昆蟲顏色形成機(jī)制還需探究
值得一提的是，這批緬甸琥珀昆蟲中看似能永久保存的彩色金屬結(jié)構(gòu)色并不是保持不變的 。 蔡晨陽說，若琥珀昆蟲在切割、打磨和拋光等前期準(zhǔn)備過程中，任一小部分結(jié)構(gòu)受到損壞，使其與空氣或水分接觸，其顏色便會(huì)在短期內(nèi)變成單一的銀色，但金屬光澤仍可保存，而這種變化是不可逆轉(zhuǎn)的 。 這一發(fā)現(xiàn)為揭示緬甸琥珀乃至其他琥珀中的銀色昆蟲的形成原因、對(duì)早期昆蟲特征的認(rèn)定和描述均具有重要的參考價(jià)值 。
“不過，現(xiàn)代有一種金龜子，體表也呈現(xiàn)為銀色，但它的多層反射膜是由內(nèi)而外逐漸變厚的，這與我們此次研究中昆蟲變成銀色的形成機(jī)制不同，這兩種機(jī)制各是由什么造成的，多層反射膜的厚度和折射率會(huì)不會(huì)隨著年代而變化，還需要繼續(xù)探究 。 ”蔡晨陽說，琥珀昆蟲的結(jié)構(gòu)色具有重要的生態(tài)意義，較為常見的綠色很可能是在茂密森林環(huán)境中的一種隱蔽色，能幫助昆蟲隱匿自身從而躲避捕食者 。 另外，結(jié)構(gòu)色參與昆蟲熱調(diào)節(jié)的可能性也不能完全被排除 。 因此不同色彩的結(jié)構(gòu)色出現(xiàn)在不同種類的昆蟲中，在一定程度上暗示了白堊紀(jì)中期森林中已經(jīng)存在復(fù)雜的生態(tài)關(guān)系 。
蔡晨陽說，未來，他們還將關(guān)注更古老的昆蟲化石，去了解它們的體表是否已經(jīng)進(jìn)化出結(jié)構(gòu)色，例如侏羅紀(jì)甲蟲是否也有多層反射膜，為發(fā)現(xiàn)、重建更古老昆蟲的顏色提供原始依據(jù) 。

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