緬甸琥珀揭示多樣性昆蟲結(jié)構(gòu)色的形成機(jī)制

自然界中五彩繽紛、光怪陸離。自然界中的顏色主要有三個(gè)方面的來源：即生物發(fā)光、色素色和結(jié)構(gòu)色。色素色也稱為化學(xué)色，而結(jié)構(gòu)色也叫物理色。結(jié)構(gòu)色是自然界中色彩最為純凈且最強(qiáng)烈的顏色，通常由生物納米光學(xué)結(jié)構(gòu)與自然光的作用產(chǎn)生�；�石中的結(jié)構(gòu)色可以為生物之間的視覺交流和顏色的功能演化等方面提供重要證據(jù)。然而，可能是由于結(jié)構(gòu)色很容易在長(zhǎng)期的化石埋藏作用中丟失，地質(zhì)歷史中原始的結(jié)構(gòu)色的證據(jù)極其罕見。

近日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所蔡晨陽副研究員、泮燕紅研究員一起帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)，通過對(duì)白堊紀(jì)緬甸琥珀中大量的具金屬色彩的昆蟲進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)純凈而強(qiáng)烈的顏色可直接在多種昆蟲身體表面保存下來。

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(shù)的分析發(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，代表一種典型且常見的結(jié)構(gòu)色類型，即多層反射膜（multilayer reflector），通過進(jìn)一步的光學(xué)理論模型分析得到其反射波長(zhǎng)與觀察到的昆蟲顏色波長(zhǎng)接近，證實(shí)白堊紀(jì)琥珀昆蟲身體表面顯示的顏色可能是原始顏色。

這一發(fā)現(xiàn)直接證明了超微納米級(jí)的光學(xué)元件可在長(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。該研究于2020年7月1日在線發(fā)表于英國(guó)《皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊—B輯》（Proceedings of the Royal Society B）上。

蔡晨陽等人從白堊紀(jì)中期標(biāo)本中（距今約1億年）篩選出35枚保存精美的帶金屬光澤的昆蟲化石，共包括3個(gè)目（膜翅目、鞘翅目和雙翅目），至少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、蠟斑甲科和隱翅蟲科，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(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，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。因此這一發(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。并且通過對(duì)其中一枚化石青蜂標(biāo)本的超微分析，證實(shí)了多層反射膜是產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色的直接原因，這也代表著自然界中最為普遍的一類形式的結(jié)構(gòu)色。

值得一提的是，緬甸琥珀中的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。若琥珀昆蟲在前期準(zhǔn)備（如切割、打磨和拋光等）過程中，琥珀昆蟲的任一小部分結(jié)構(gòu)受到損壞，使其與空氣或水分接觸，則其顏色便會(huì)在短期內(nèi)變成單一的銀色，但金屬光澤仍是可以保存的，并且這種變化是不可逆轉(zhuǎn)的。這一現(xiàn)象的發(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。

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。

◎論文相關(guān)信息：

Cai Chenyang*, Tihelka E., Pan Yanghong*, Yin Ziwei, Jiang Rixin, Xia Fangyuan, Huang Diying. 2020 Structural colours in diverse Mesozoic insects. Proc. R. Soc. B 20200301.

http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2020.0301

文章來源于：中科院南古所