
琥珀化石裡一億年前的昆蟲。受訪者供圖。
從孔雀羽毛的豔光四射,到毒箭蛙的明亮警告色,再到北極熊的白色僞裝,大自然色彩斑斓。然而,化石很少儲存有生物的色彩細節,大多數古生物複原圖都是根據藝術家的想象重建。
7月1日,澎湃新聞(www.thepaper.cn)從中國科學院南京地質古生物研究所獲悉, 該所科研團隊通過研究,揭開了近1億年前的昆蟲真實色彩的秘密。相關研究論文1日線上發表于英國《皇家學會會刊—B輯》(Proceedings of the Royal Society B)上。該論文為了解白垩紀雨林中與恐龍共存的昆蟲提供了新的視角。
一億年前帶有黃綠色金屬光澤的青蜂。
自然界中的顔色主要有三個方面的來源:即生物發光、色素色和結構色。色素色也稱為化學色,而結構色也叫實體色。結構色是自然界中色彩最為純淨且最強烈的顔色,通常由生物納米光學結構與自然光的作用産生。化石中的結構色可以為生物之間的視覺交流和顔色的功能演化等方面提供重要證據。然而,可能是由于結構色很容易在長期的化石埋藏作用中丢失,地質曆史中原始的結構色的證據極其罕見。
近日,中國科學院南京地質古生物研究所蔡晨陽和泮燕紅研究員帶領的研究團隊通過對白垩紀緬甸琥珀中大量的具金屬色彩的昆蟲進行了系統研究,發現純淨而強烈的顔色可直接在多種昆蟲身體表面儲存下來。通過琥珀超薄切片、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡等技術的分析發現,一種青蜂科昆蟲胸部表面的藍綠色是由多層重複出現的納米級構造組成,代表一種典型且常見的結構色類型,即多層反射膜(multilayer reflector),通過進一步的光學理論模型分析得到其反射波長與觀察到的昆蟲顔色波長接近,證明白垩紀琥珀昆蟲身體表面顯示的顔色可能是原始顔色。
這一發現直接證明了超微納米級的光學元件可在長期地質曆史中穩定儲存,否定了前人關于昆蟲金屬色不能在中生代化石中儲存的觀點,并對認識早期昆蟲結構色生态功能的演化具有重要意義。
蔡晨陽等人從白垩紀中期标本中(距今約1億年)篩選出35枚儲存精美的帶金屬光澤的昆蟲化石,共包括3個目(膜翅目、鞘翅目和雙翅目),至少7個科;其中絕大部分标本屬于膜翅目青蜂科,少部分屬于鞘翅目隐翅蟲科、蠟斑甲科和隐翅蟲科,以及雙翅目的水虻科。大部分中昆蟲種類的全身或是部分身體結構呈現出強烈的具金屬光澤的綠色、藍色、藍綠色、黃綠色或藍紫色。通過與古生、現生物種的對比研究,發現這些化石昆蟲對應的現生屬種同樣有類似的帶有金屬光澤的顔色。是以這一發現直接證明了中生代昆蟲的亮眼結構色是可以儲存下來的。并且通過對其中一枚化石青蜂标本的超微分析,證明了多層反射膜是産生結構色的直接原因,這也代表着自然界中最為普遍的一類形式的結構色。
值得一提的是,緬甸琥珀中的看似能永久儲存的彩色金屬結構色并不是保持不變的。若琥珀昆蟲在前期準備(如切割、打磨和抛光等)過程中,琥珀昆蟲的任一小部分結構受到損壞,使其與空氣或水分接觸,則其顔色便會在短期内變成單一的銀色,但金屬光澤仍是可以儲存的,并且這種變化是不可逆轉的。這一現象的發現,為揭示緬甸琥珀乃至其他琥珀中的銀色昆蟲的形成原因,對早期昆蟲特征的認定和描述均具有重要的參考價值。
研究人員認為,琥珀昆蟲的結構色具有重要的生态意義,較為常見的綠色很可能是在茂密森林環境中的一種隐蔽色,能幫助昆蟲隐匿自身進而躲避捕食者。另外,結構色參與昆蟲熱調節的可能性也不能完全被排除。是以不同色彩的結構色出現在不同種類的昆蟲中,在一定程度上暗示了白垩紀中期森林中已經存在複雜的生态關系。
本項研究由中國科學院、國家自然科學基金委和中科研青促會的聯合資助。