化石復(fù)原圖
德國標(biāo)本上的鱗片細(xì)節(jié)
英國標(biāo)本
古代生物的顏色對(duì)于現(xiàn)代人來說是個(gè)謎，雖然它們的外形和體態(tài)可以通過化石中發(fā)現(xiàn)的骨骼判斷，但是它們的顏色卻只能依靠猜測。近日，中科院南京地質(zhì)古生物研究所王博團(tuán)隊(duì)在歐亞大陸中生代蛾類標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了2億年前昆蟲結(jié)構(gòu)色的確切證據(jù)，這是已知最早的昆蟲顏色，為昆蟲鱗片和顏色演化提供了新證據(jù)。
漂洋過海尋標(biāo)本
新證據(jù)來自一塊1985年發(fā)現(xiàn)的蛾類昆蟲的翅膀化石——Archaeolepismane。雖然發(fā)現(xiàn)時(shí)間不短，但是因?yàn)楫?dāng)時(shí)研究手段受限，所以科學(xué)家們除了知道它是全球最古老的蛾類化石外，并沒有找到更多信息。
三十年后的某天，中科院南京地質(zhì)古生物研究所（以下簡稱南古所）的研究人員將這塊標(biāo)本小心翼翼地從英國自然歷史博物館的標(biāo)本盒中取出，放在顯微鏡下尋找著他們渴望找到的蛛絲馬跡。雖然在光學(xué)顯微鏡下，他們并未有太多發(fā)現(xiàn)。但在掃描電鏡下，化石的細(xì)微結(jié)構(gòu)無所遁形，研究人員一直尋找的蛾類翅膀的鱗片結(jié)構(gòu)赫然出現(xiàn)在眼前。得到鱗片化石表面的三維光學(xué)結(jié)構(gòu)后，研究人員通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算，和現(xiàn)代存活于世的蛾類翅膀鱗片對(duì)比，還原了這塊距今1.95億年的英國化石的“結(jié)構(gòu)色”及其原貌�！八墙瘘S色，與現(xiàn)存澳大利亞的小翅蛾的顏色接近。”王博告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者。
其實(shí)，Archaeolepismane不是他們查找線索的唯一的化石，也不是唯一一個(gè)發(fā)現(xiàn)翅膀鱗片的化石。在哈薩克斯坦和德國保存的兩塊化石中，王博等人也有類似發(fā)現(xiàn)。其中，德國保存的距今約1.8億年的蛾類的“結(jié)構(gòu)色”與英國的化石顏色類似，也呈金黃色。
“因?yàn)槎觐惓岚蝼[片的結(jié)構(gòu)色非常復(fù)雜，所以是現(xiàn)代生物學(xué)和仿生學(xué)一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)，但學(xué)界對(duì)其起源和演化過程了解很少。我們就考慮是否能從化石中觀察到納米級(jí)的超微結(jié)構(gòu)�！蹦瞎潘芯繂T王博在談及研究初衷時(shí)說。
曾經(jīng)有國外學(xué)者研究過約4700萬年前的蛾類標(biāo)本，并復(fù)原了該化石的結(jié)構(gòu)色。但這次，王博等人則將年代向前推進(jìn)了1.3億多年。
不僅翅膀鱗片結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且昆蟲也是地球上物種數(shù)量最多的生物。在光的照射下，光線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，這些光進(jìn)入人類的眼睛就讓人看到了顏色豐富的“結(jié)構(gòu)色”。有些昆蟲翅膀的鱗片內(nèi)部是中空的，被稱為鏤空型，有些鱗片則被填實(shí)，屬于融合型。曾經(jīng)，科學(xué)家認(rèn)為鏤空型的鱗片是最原始的，但在此次研究中，王博等人卻發(fā)現(xiàn)融合型的鱗片才是最原始的。
“因?yàn)樵谧钤嫉亩曜右约白钤级曜拥慕H飄翅目當(dāng)中，它都是融合型的鱗片。”王博說。這項(xiàng)研究還證實(shí)了納米級(jí)的光學(xué)結(jié)構(gòu)可以保存在中生代的琥珀、壓痕以及印�；瘶�(biāo)本中，為復(fù)原遠(yuǎn)古動(dòng)物和植物的結(jié)構(gòu)色打開了新的窗口。
2億年前的“色誘”
結(jié)構(gòu)色的成功復(fù)原，也讓王博等人意識(shí)到，蛾類在很早之前就演化出了顏色，可能用于吸引異性之類的生物交流。這樣的推測讓他們暢想了一場發(fā)生在2億年前的蛾類“艷遇”——在2億年前的侏羅紀(jì)，一個(gè)夏日的午后，在湖邊樹林里，驕陽穿過一棵棵聳入天際的松柏樹的繁枝，灑下一片暖暖的陽光，一只雄蛾扇動(dòng)著“土豪金”色的薄翼悠哉地閑逛。突然，它被一只雌蛾吸引。兩情相悅一番親熱后，雄蛾抵不住體能的消耗，直直地掉下樹枝，跌入湖中。恰巧的是，它被湖底的淤泥包裹，身上的金色薄翼成為化石，被永久地保存了下來，直到被現(xiàn)代的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。
雖然沉寂了一段時(shí)間，所幸的是這塊殘破的化石中保留的細(xì)微結(jié)構(gòu)終于被中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，讓絢麗的“土豪金”重現(xiàn)。
“尋找化石的過程是很困難的。我們基本上查看了全世界所有侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的蛾類化石，大部分都是從國外借閱的。有的標(biāo)本太珍貴了，無法出借，我們就去當(dāng)?shù)夭┪镳^或者請(qǐng)國外合作者幫忙查看�！蓖醪┙榻B說，“因?yàn)槎觐愖钤绲挠涗浭窃谫_紀(jì)最早期，到了白堊紀(jì)晚期，大部分鱗片類型都出現(xiàn)了。因此白堊紀(jì)以后的標(biāo)本對(duì)于我們的課題意義不大，就沒有查看。”
經(jīng)過近3年的工作，王博與同事們?cè)诓榭戳顺^500塊蛾類的標(biāo)本后，發(fā)現(xiàn)了七八塊保存較好的鱗片結(jié)構(gòu)化石�！拔覀儼l(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的現(xiàn)象，就是盡管有的標(biāo)本看起來很完整，但細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)沒有被保存下來。有的標(biāo)本看起來很破碎，但在掃描電鏡下，一些細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)很清晰�！蓖醪┗貞浾f。
研究在繼續(xù)
被復(fù)原顏色的Archaeolepismane金光燦燦，與之前昆蟲的顏色不同，這不是靠想象而來，而是屬于它自己的顏色�！艾F(xiàn)在，我們繼續(xù)利用相同的方法，復(fù)原其他昆蟲和蜘蛛的顏色，同時(shí)利用新的測試方法，嘗試復(fù)原昆蟲的色素色，即化學(xué)色�！蓖醪┱f。
色素色是昆蟲著色的基本形式，這類體色是由于蟲體一定部位有某些化合物的存在造成的，這些物質(zhì)吸收長光波，而反射其他光波形成各種顏色。比如黃色的類胡蘿卜素常與藍(lán)色四吡咯色素結(jié)合，形成很多昆蟲的綠色�！吧厣拖喈�(dāng)于人類穿的衣服，是由化學(xué)物質(zhì)組成的�！蓖醪┙忉屨f。但是與產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的納米級(jí)結(jié)構(gòu)不同，化學(xué)物質(zhì)很容易在化石形成過程中降解，而且一旦降解就幾乎無法復(fù)原。
“我們嘗試著用一些難以被降解的特殊元素去尋找線索�！蓖醪┱f。他們最終選擇了銅等幾種元素，“因?yàn)樵谌梭w中，銅元素的多少與人類頭發(fā)的顏色有密切關(guān)系”。
但這些元素經(jīng)過時(shí)間的流逝，在昆蟲體內(nèi)還存在多少，它們與最終呈現(xiàn)的顏色又有何關(guān)系，依然是困擾王博等人的問題。“現(xiàn)在，我們的工作已經(jīng)完成了大半，初步的結(jié)果可以通過銅元素復(fù)原昆蟲身上的斑紋。接下來，我們還將通過與現(xiàn)在的昆蟲進(jìn)行色素比對(duì)，再進(jìn)一步得到新的證據(jù)�！蓖醪┭a(bǔ)充說。
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