天然 - 猎奇！一亿年前的虫豸是什么颜色
安步花园中，我们会被大天然的缤纷色彩所包抄。到处可见的，有绿色的树叶、小草，还有标致的花朵。花丛中，有色彩艳丽的蝴蝶翩跹起舞；树叶上，会趴着或绿色或蓝色的金龟子、吉丁虫。命运好的话，在仲夏的薄暮，还能赏识到鹅黄的流萤飘动。其实，那几类颜色，代表了人们在天然界中所看察到的三种颜色类型。
图源：视觉中国
树叶的绿色、花朵的多彩都是典型的色素色，那类颜色的产生需要色素分子的参与，所以也称为化学色；金龟子身上闪闪发光的绿色，属于典型的构造色，不需要色素分子的参与，而是单纯依靠生物体外表或是浅层外表皮上的超微构造与天然光发作光学感化而构成的，也是天然界中色彩最纯、最强烈的颜色；此外，天然界中还有一种比力特殊的颜色产生形式——生物发光，是由细胞合成的化学物量，在发光酶的感化下，使化学能转化为光能而构成的，萤火虫和一些深海鱼类，还有一些发光蘑菇，都属于那一类。
当今天然界五光十色，但是远古生物的颜色又是什么样子的呢？古生物化石能保留它们本来的颜色吗？基于化石保留住了远古生物的皮肤和羽毛，古生物学家于是起头测验考试从皮肤和羽毛的超微构造动手，觅觅参与颜色构成的色素细胞或色素体，从而重建远古动物的原始颜色。
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图源：视觉中国
·远古动物的颜色不再靠想象 ·
2006年春季，一位名喊Jakob Vinther的丹麦小伙子在做墨鱼及其墨囊的特异埋躲学研究课题时，看察到墨鱼化石墨囊都以实体有机团块的形式保留，而且那些团块是由墨汁中的黑色素（Melanin）构成，与现代墨鱼并没有二致。由此看察他斗胆揣度，化石黑色素的化学性量似乎十分不变，可以在亿万年来持久不变保留。继而他联想到，既然黑色素能在墨鱼中保留，那么是不是也能在其他古生物中保留呢？若是如斯，也许就能够恢复带羽毛恐龙的颜色了。
有了设法之后，Jakob从丹麦博物馆借到了带毛的鸟化石来研究，借助扫描电子显微镜有了惊人的发现——在化石鸟羽上发现了大量摆列规则、呈香肠状的黑色素体。不久后，他与导师详尽研究了巴西产的白垩纪早期的鸟成仙石，操纵扫描电子显微镜看察那枚羽毛有黑白相间的横条纹，成果发现，黑斑处具有大量香肠状构造，而白斑处却没有，证明了那些香肠状构造应该是含有实黑素（Eumelanin）的黑色素体。随后，Jakob又研究了国外梅塞尔油页岩中发现的鸟类羽毛，并发现那类羽毛上存在构造色。一系列研究功效颁发之后，古生物学家都跃跃欲试，试图在特异埋躲生物群中鸟类或带毛恐龙的羽毛上发现黑色素体，进而重建古鸟和恐龙的原始颜色。
2010年8月，由中国科学院古脊椎动物与前人类研究所周忠和院士和国外布里斯托大学Mike Benton会士领衔的中英科学家在《天然》（Nature）杂志报导了数种恐龙羽毛上保留有黑色素体，发现中华龙鸟的尾巴可分为深色、浅色两种区带，通过对羽毛陈迹中的黑色素体的大小、形态和摆列体例的看察，以及与现代鸟类羽毛中的黑色素体的比对研究，揣度羽毛黑色素体在生前所代表的颜色闪现粟色或红棕色。
2010年8月，由Jakob率领的中美团队在《科学》（Science）上报导了他们操纵几乎一样的原理和办法，完全恢复了一种小型兽脚类恐龙——赫氏近鸟龙的全身羽毛颜色。功效一经颁发，引起学界浩荡颤动，掀起了对远古动物黑色素体和颜色重建的研究热潮，一些恐龙、鱼龙、蛇类等远古动物的颜色很快被重建出来。
比来，周忠和院士和中国科学院南京地量古生物所研究员泮燕红等摘用多种化学和分子手艺阐发办法，包罗免疫电镜和超高辨认率的元素能谱阐发，证明了距今1.3亿年鸟化石羽毛中β角卵白的保留，还验证了羽毛化石中的纳米级微体构造被β角卵白包裹，确为羽毛的黑色素体。自此，远古动物的颜色重建，不再是艺术家的想象，而是有必然科学根据的揣度。
现代虫豸（青蜂和甲虫）的构造色
· 重建最古老的虫豸构造色 ·
包罗恐龙在内的古脊椎动物，不断是古生物研究的明星。在恐龙和古鸟颜色的重建研究海潮带动下，古生物学家随后也起头存眷地球上生物多样性更高的虫豸。
与Jakob同属一个尝试室的学者Maria McNamara，于2011岁尾报导了在国外梅塞尔油页岩中发现的一只4700万年前的蛾子。通过对其同党上小鳞片超微构造看察，他们发现那些鳞片包罗多层反射膜的构造，当光线以不异的角度在那一构造的差别层面被反射时，能够产生一种单一的可见光，并揣度同党上的颜色可以搀扶帮助蛾子在可能的捕食者（如蝙蝠）面前隐躲起来，制止被取食。那项研究证明捕食者和被捕食者之间停止的“军备竞赛”能够逃溯到4700万年之前。
一年之后，Maria团队又报导了一批距今4700万—1500万年前的甲虫化石，通过扫描电子显微镜看察发现，那种原始的带有金属光泽的颜色回功于位于虫豸外表皮的多层反射膜上的纳米构造，它们构成了一种典型的构造色。那种构造的存在恰是金属光泽颜色可以在地量汗青期间持久保留的原因。但是，他们模仿计算发现，甲虫化石比它们本来的颜色要稍红一些（波长更长）。因而化石甲虫并没有完全保留原始颜色。
2018年8月，中国科学院南京地量古生物所研究员王博团队报导了来自国外、国外、哈萨克斯坦和中国的侏罗纪蛾类标本，以及白垩纪缅甸琥珀中飘翅目（蝴蝶、蛾的远祖）虫豸。他们操纵多种显微成像手艺、三维光学建模等手艺办法，阐发了那批化石中鳞片的微看构造和可能的构造色。研究发现，侏罗纪的蛾类鳞片已演化出鱼骨状的纳米光学构造，构成了衍射光栅，类似于现生小翅蛾。连系鳞片的描摹数据和模子模仿计算出化石蛾类的构造色表白，它们能够产生银色或金黄色。那项发现代表了已知最古老的虫豸构造色，并将该笔录提早了至少1.3亿年。
· “时间胶囊”大有奥秘 ·
以印痕化石形式保留的虫豸，绝大部门不克不及保留虫豸本来的颜色。琥珀，也称“时间胶囊”，以一种特殊的体例栩栩如生地保留了亿万年前的小生命。然而，绝大部门琥珀虫豸化石其实不能保留明显的构造色，带有金属颜色的虫豸鲜有报导，次要发现于始新世波罗的海琥珀、中新世墨西哥琥珀和哥伦比亚柯巴脂中。其时学者只存眷了虫豸的形态和分类，并没有深进研究颜色的保留、构成机理和生态意义。
近些年，笔者研究团队对距今约一亿年前白垩纪缅甸琥珀中大量的具金属色彩的虫豸停止了系统研究，发现纯净而强烈的颜色可间接在多种虫豸体表保留下来。研究团队运用了琥珀超薄切片、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手艺阐发，证明了青蜂身段部的蓝绿色是由多层反复呈现的纳米级构造构成的，属于一种典型且常见的构造色类型，即多层反射膜构造（能够简单理解为多层肥皂泡叠加在一路）。
一亿年前青蜂身体外表构造色改变前后比照图
此外，还通过光学理论模子，证明其反射波长与肉眼看察到的虫豸颜色的波长接近，阐明琥珀虫豸身体闪现的颜色可能是原始颜色，证明了超微纳米级的光学构造是能够在地量汗青期间中不变保留下来的，否认了前人所说的虫豸金属色不克不及在中生代化石中保留的看点。
我们团队重点研究了35枚保留精巧的带金属光泽的白垩纪虫豸化石，包罗膜翅目、鞘翅目和双翅目，共3个目，此中绝大部门属于膜翅目青蜂科，少部门属于鞘翅目隐翅虫科、蜡斑甲科和隐翅虫科，以及双翅目水虻科。大部门虫豸品种的全身或部门身体构造闪现出带金属光泽的绿色、蓝色、蓝绿色、黄绿色或蓝紫色。通过火类比照研究，发现那些化石虫豸对应的现生属种同样具有类似的带金属光泽的颜色，那间接证明了中生代虫豸亮眼的构造色是能够保留下来的。此外，通过对此中一枚化石青蜂标本的超微阐发，证明多层反射膜是产生构造色的间接原因。
同时，我们还发现了一个有趣的现象：一亿年前琥珀中看似可以永久保留的构造色并非连结稳定的。琥珀虫豸在前期加工（如切割、打磨和抛光等）过程中，此中任一小部门构造遭到损坏，招致其与空气或水分接触，它的色彩便会在短期内（几天或几周）酿成纯银色，但金属光泽仍可保留，而且那种改变是不成逆转的。那一现象的发现阐了然缅甸琥珀甚至其他琥珀中银色虫豸的构成原因，以及对琥珀虫豸形态特征的准确描述均有借鉴意义。
一亿年前白垩纪琥珀中多样的具金属色彩构造色的虫豸
琥珀虫豸的构造色有什么用呢？一般认为，较常见的绿色很可能是身处茂盛丛林情况中的虫豸的隐蔽色，它搀扶帮助虫豸隐匿本身，从而遁藏捕食者。别的，构造色还能参与虫豸的热调剂。因而，差别品种虫豸身上发现的差别色彩的构造色在必然水平上表白了白垩纪中期丛林中已经存在复杂的生态关系。
以恐龙为代表的远古脊椎动物羽毛颜色的重建是当今古生物学研究的热点，而人们对古无脊椎动物颜色的研究还不敷深进和普遍。做为一种十分特殊的化石保留形式，琥珀为我们领会远古虫豸原始构造色供给了并世无双的窗口。跟着更多保留精巧化石的发现和新手艺、新办法在琥珀化石研究中的利用，相信更多远古动物颜色的奥秘会被揭开。
来源：科普时报
做者：蔡晨阳（做者系中国科学院南京地量古生物研究所研究员）
图源：
蔡晨阳
编纂：吴琼
审核：王飞
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尹传红