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缅甸琥珀中发现1亿年前昆虫结构色:这是恐龙见过的颜色

缅甸琥珀中发现1亿年前昆虫结构色:这是恐龙见过的颜色

缅甸琥珀中发现1亿年前昆虫结构色:这是恐龙见过的颜色

缅甸琥珀中发现1亿年前昆虫结构色:这是恐龙见过的颜色

缅甸琥珀中发现1亿年前昆虫结构色:这是恐龙见过的颜色

(神秘的地球uux.cn报道)据北青报(北京头条记者 屈畅):“这些带有金属色泽的颜色,是我们首次用肉眼看到大约1亿年前恐龙看到过的颜色。”6日上午,北青-北京头条记者从中国科学院南京地质古生物研究所副研究员蔡晨阳,其所带领的团队在距今约1亿年的35枚琥珀中发现了保存较为完好的昆虫结构色,这些颜色经过了1亿年,仍旧呈现出闪亮的金属光泽。蔡晨阳介绍,这些颜色多接近绿色和蓝色,是早期昆虫适应自然的保护色。据介绍,此类颜色是由昆虫体内的多层反射膜通过物理方式形成的,与今天金龟子等甲虫身上的颜色原理一致。“今后我们有可能在琥珀中发现更多古生物的痕迹,比如从蚊子中找到古生物的血液等。”

受现代昆虫颜色成因启发 古生物学家探索琥珀中的色彩

“这个琥珀中的青蜂,身上有着闪闪发亮的色泽,但它生活的时候距离我们已经有大约1亿年了,这种肉眼可见的颜色保存非常完好,当时这种青蜂和恐龙在一起生活,可以说,我们看到的这个颜色,就是当年恐龙见过的颜色。”6日上午,中国科学院南京地质古生物研究所副研究员蔡晨阳告诉北青-北京头条记者,蔡晨阳和该研究所研究员泮燕红一起带领研究团队,从距今约1亿年的缅甸琥珀中发现了大量具有金属色彩的昆虫,“这是我们首次可以通过肉眼看到和恐龙同一时代的昆虫的颜色。”近日,该成果在线发表于英国知名学术刊物上。

蔡晨阳告诉北青-北京头条记者,中国古生物学家从2013年开始逐步探索在缅甸琥珀中寻找古生物的痕迹,至今已收获颇丰,但对昆虫颜色的研究尚有很大的空白。“2014年我在美国交流期间,偶然看到了同事桌子上摆着很多标本,比如蝴蝶、甲虫等,标签上标注着昆虫身上呈现颜色的原理,这也是我首次注意到昆虫颜色的问题。”

蔡晨阳介绍,除了依靠色素这种化学手段为自己涂上各种色彩,昆虫还会利用纳米级的鳞片、多层反射膜等物理方式来展现出绚烂的色彩。“比如蝴蝶身上美丽的颜色,就是由非常细小的鳞片通过一种叫‘衍射光栅’的方式,将光衍射形成的。再比如金龟子身上也有很炫目的色彩,这种色彩来源于昆虫的多层反射膜,这种纳米级的结构同样可以创造出夺目的色彩。”

此外,蔡晨阳注意到,由于是利用物理方法创造色彩,蝴蝶、金龟子等的昆虫标本可以长期保存,而不会褪色。“当时我就开始思考,这种产生颜色的结构在琥珀中是不是会保存得更久?”

4万枚琥珀中找到35枚“有色”标本 多接近蓝色、绿色

回国后,蔡晨阳和团队开始研究中国科学院南京地质古生物研究所收藏的约4万件缅甸琥珀标本,最终从中挑选出35件保存着完好昆虫结构色的琥珀。“这个过程花了大约2、3年的时间,为了看清琥珀里面昆虫的颜色,我把琥珀放在一个黑色底的显微镜下,用强光去照射,来辨认它的颜色,虽然不会晃到眼睛,但是看久了确实会比较晕。”

在观察中,蔡晨阳和团队发现,这些1亿年前的昆虫全身或是部分身体结构呈现出强烈的具金属光泽的绿色、蓝色、蓝绿色、黄绿色或蓝紫色。“之所以多接近蓝色、绿色,可能是因为当时的昆虫身处森林环境,这些色彩是它们避免被天敌发现的保护色。”此外,蔡晨阳和团队通过将琥珀中的昆虫与它们在现代的“亲戚”对比研究,发现琥珀中的昆虫和它们对应的“亲戚”同样有类似的带有金属光泽的颜色。因此这一发现直接证明了当时昆虫的结构色是可以保存下来的。

虽然找出了适合研究的琥珀,但要想利用仪器对这些昆虫产生颜色的身体结构进行分析,就要将琥珀切成相当薄的切片,“我们平时做此类研究都是用新鲜的生物,对琥珀做切片是一个全新的挑战,好在在专业的同伴的帮助下,我们顺利完成了这项工作。”蔡晨阳介绍,切片用的切割器材只有50纳米厚,相当于1毫米的2万分之一,而切割的操作需要纯手工完成。

通过对一枚琥珀青蜂标本的超微分析,蔡晨阳和团队确认,这些艳丽的颜色是由类似现代金龟子的多层反射膜产生的。“今天我们看到的颜色,至少在一亿年前已经诞生于地球之上了。”

用肉眼看到恐龙看过的颜色 未来有望于琥珀中发现更多古生物痕迹

“以往我们重建恐龙时代的复原图,除了依靠想象,就是依靠部分恐龙羽毛化石的结构,通过和现代鸽子等鸟类的羽毛结构对比,来寻找最可能的颜色。然而此次发现的琥珀中昆虫的结构色,是我们第一次用肉眼可见的方式看到恐龙们曾经看到过的颜色。”蔡晨阳表示。

“有一枚琥珀,给我带来了很大的触动”,蔡晨阳说,在这枚琥珀中,分别有两只1亿年前的蜂和蚂蚁,“这两种动物同属于膜翅目,也算是亲戚,但蜂身上有明显的金属光泽结构色,蚂蚁身上是普通的棕色,一亿年前的两种动物以两种颜色出现在同一块琥珀中,让我着实惊喜。”

蔡晨阳表示,由于产生这些颜色的结构为纳米级,很容易在琥珀形成的过程中被地质活动等原因损坏掉,但从目前的研究来看,仍有不少结构完好地保存至今。“此前就有人发现,古生物的蛋白质也可能通过琥珀保存到现在,未来我们也许能够从琥珀中找到更多古生物的痕迹,比如在蚊子里找到古生物的血液等。”不过蔡晨阳表示,由于DNA的半衰期只有500年左右,像电影《侏罗纪公园》那样利用DNA复活古生物是肯定不可能的了。

相关报道:中英古生物学家揭秘1亿年前昆虫真实色彩

(神秘的地球uux.cn报道)据新华社南京7月6日电(王珏玢):记者6日从中国科学院南京地质古生物研究所获悉,中、英古生物学者在一项最新研究中,发现一批保存有1亿年前彩色昆虫的琥珀化石。这些昆虫具有强烈的金属光泽,呈现出绿色、蓝色、黄绿色等色彩,为了解远古生物的真实样貌提供了重要依据。

据悉,此次研究的化石共35枚,产自约1亿年前的白垩纪中期。其中的远古昆虫涉及膜翅目、鞘翅目和双翅目中的多种类型。从外观上看,它们的全身或部分身体结构具有强烈的金属光泽,呈现出绿色、蓝色、蓝绿色、黄绿色或蓝紫色等多种色彩。

结合显微镜观测及与现代同类昆虫比对,研究团队发现,这些金属色泽来自昆虫自身结构。对其中一枚青蜂标本的超微分析显示,其呈现出的蓝绿色色彩源于多层重复出现的纳米级结构。这些微小的结构形成多层反射膜,与自然光作用,呈现出金属般的光泽。

“色彩斑斓的各种生物,让我们的自然界绚丽多姿。可惜的是,以往发现的化石里,很少能保存有生物的色彩。此次发现,让远古世界增添了更多细节。随着研究的深入,以后人类也许能还原出一个更加真实的彩色远古世界。”领导此项研究的中科院南京地质古生物研究所副研究员蔡晨阳说。

相关研究成果于7月初发表在英国《皇家学会生物学分会学报》上。

相关报道:科学家揭秘琥珀中白垩纪昆虫真实颜色 这些昆虫为何穿越亿年仍能“自带光芒”

(神秘的地球uux.cn报道)据科技日报(金凤):此前有学者曾在距今5000万年前的始新世印痕化石中,发现过与颜色有关的昆虫纳米结构,但一亿年前的昆虫是否已经演化出结构色一直成谜。

从孔雀羽毛的艳光四射,到毒箭蛙的明亮警告色,再到北极熊的白色伪装。动物王国里,生龙活虎的动物们用各种体色,掩饰各种“心机”。

昆虫是地球上物种数量最多的生物,展现了极其丰富的颜色。它们的颜色分为色素色和结构色,具有金属光泽的甲虫壳、蝴蝶或飞蛾闪闪发光的鳞片,都是典型的结构色。不过,当这种绚烂融为化石,便从此黯淡无光。

目前,化石中很少保有生物的色彩细节,地质历史中原始的结构色的证据极其罕见,大多数古生物复原图都是根据艺术家的想象重建。

近日,中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称中科院南古所)科研团队揭开了近1亿年前的昆虫真实色彩的秘密。他们对白垩纪缅甸琥珀中具有金属色彩的昆虫进行系统研究后发现,纯净而强烈的颜色可直接在昆虫体表保存下来,奥秘就隐藏在昆虫体表内一种特殊的纳米结构中。相关研究于近日在线发表于英国《皇家学会会刊—B辑》上,这为了解白垩纪雨林中与恐龙共存的昆虫提供了新的视角。

古生物的颜色在化石中难觅踪迹

自然界中的颜色主要有三个来源,即生物发光、色素色和结构色。结构色是光照射在虫体表面的微观结构上产生折射、衍射及干扰而形成的,是自然界中色彩最为纯净且最强烈的颜色。

由于化石保存等因素的局限,对古生物的颜色复原一直是项很复杂的工作。

此次研究的第一作者与通讯作者、中科院南古所副研究员蔡晨阳告诉科技日报记者,动物结构色也有多种来源,最普遍的是动物体表的多层反射膜,常见于金龟、苍蝇、吉丁虫;还有的是来自衍射光栅,常见于孔雀羽毛、蓝闪蝶;光子晶体是比较少见的一种,例如呈现欧宝色的象甲。

“化石中的结构色,可以为生物间的视觉交流和颜色的功能演化等提供重要证据。此前,有学者曾在距今约5000万年前的始新世的印痕化石里,发现过与颜色相关的昆虫的纳米结构。但是,上溯到一亿年前的昆虫,是否已经演化出结构色一直成谜,此前我们也没有在这个时期的化石中发现过颜色鲜艳的昆虫,而在此前的研究文献中,很多学者认为,中生代的结构色也很难保存下来。”蔡晨阳说。

目前,学术界的普遍观点认为,不管是色素色还是结构色,在化石中,它们都难觅踪迹。中科院南古所研究员王博向记者介绍:“色素色是一种化学色,它在动物死后,很快会降解,所以很难保存下来;而结构色虽然有纳米结构,但经过高温高压的地质演变、腐蚀,结构也会被破坏,导致褪色、变色。”

不过,科学家们总能找到古生物颜色的蛛丝马迹,他们利用动物体表极薄的蜡层、沟、缝以及黑色素体等结构,与现生动物做对比,重建或推测古代动物的颜色。

2018年,王博与德国、英国的科学家团队联合刊文称,他们发现侏罗纪的蛾类鳞片已经演化出鱼骨状的衍射光栅等光学结构。团队利用化石鳞片数据,重建了鳞片微结构的三维光学模型,最终利用光学模拟软件和计算机定量计算出化石蛾类产生的结构色,推测出这类蛾的鳞片会产生银色或金黄色。

2010年,中国、英国和爱尔兰等三国科学家,曾在《自然》刊文称,他们在中国热河生物群的鸟类和带毛的恐龙中发现两种黑色素体,并将黑色素体的形状和排列方式,与现代鸟类做对比后推测,这些带毛的恐龙和古鸟类的身体已经具有以灰色、褐色、黄色及红色为主要色彩的基础。

多层反射膜让昆虫颜色保存亿年

如何从结构色中发现远古昆虫的颜色演化之谜,对蔡晨阳来说,源自2015年的一次启发。那年,他在美国一家博物馆看到桌上摆放着给小朋友科普用的昆虫标本,是介绍色素色和结构色的,他顿时被吸引住了。回国之后,他开始着手整理琥珀中昆虫体表有金属光泽的样本。

历经多年,他和中科院南古所泮燕红研究员带领的研究团队从距今9900万年的白垩纪中期约4万枚琥珀中,挑选出35枚化石。这些化石全部来自缅甸北部的一处矿山,其中的昆虫都保存着精美的金属光泽。

在显微镜下,研究团队发现,这35块琥珀化石的昆虫,包括膜翅目、鞘翅目和双翅目,至少有7个科,其中绝大部分标本属于膜翅目青蜂科,少部分属于鞘翅目隐翅虫科、蜡斑甲科,以及双翅目的水虻科。

“我们用50纳米的刀,对其中的两块琥珀做了几微米的超薄切片,又用扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析发现,一种青蜂科昆虫胸部表面的蓝绿色是由多层重复出现的纳米级构造组成,即多层反射膜。”蔡晨阳说,在显微镜下,他们发现一只青峰体表有6层反射膜,每一层的厚度约为100纳米。

“根据每层膜的厚度和折射率等参数可以计算出,这6层膜的反射波长在514纳米左右,也就是绿色,这与我们在显微镜下肉眼看到的化石青蜂的绿色是接近的。而在另一块切片琥珀中的青蜂,体表是没有金属光泽的黑色,我们在显微镜下发现,这只青蜂的多层反射膜出现了褶皱,也就是结构被破坏了,这证实了多层反射膜是产生结构色的直接原因,且昆虫体表的颜色可能就是原始颜色,但也不排除颜色发生微小变化。”蔡晨阳说。

这批琥珀中,大部分昆虫的全身或是部分身体结构呈现出强烈的具金属光泽的绿色、蓝色、蓝绿色、黄绿色或蓝紫色。通过与古生、现生物种的对比研究,研究团队发现这些化石昆虫对应的现生属种同样有类似的带有金属光泽的颜色。这一发现直接证明了中生代昆虫的亮眼结构色是可以保存下来的。

“这次发现直接证明了多层反射膜可在长期地质历史中稳定保存,否定了前人关于昆虫金属色不能在中生代化石中保存的观点,并对认识早期昆虫结构色生态功能的演化具有重要意义。”蔡晨阳说。

古老昆虫颜色形成机制还需探究

值得一提的是,这批缅甸琥珀昆虫中看似能永久保存的彩色金属结构色并不是保持不变的。蔡晨阳说,若琥珀昆虫在切割、打磨和抛光等前期准备过程中,任一小部分结构受到损坏,使其与空气或水分接触,其颜色便会在短期内变成单一的银色,但金属光泽仍可保存,而这种变化是不可逆转的。这一发现为揭示缅甸琥珀乃至其他琥珀中的银色昆虫的形成原因、对早期昆虫特征的认定和描述均具有重要的参考价值。

“不过,现代有一种金龟子,体表也呈现为银色,但它的多层反射膜是由内而外逐渐变厚的,这与我们此次研究中昆虫变成银色的形成机制不同,这两种机制各是由什么造成的,多层反射膜的厚度和折射率会不会随着年代而变化,还需要继续探究。”蔡晨阳说,琥珀昆虫的结构色具有重要的生态意义,较为常见的绿色很可能是在茂密森林环境中的一种隐蔽色,能帮助昆虫隐匿自身从而躲避捕食者。另外,结构色参与昆虫热调节的可能性也不能完全被排除。因此不同色彩的结构色出现在不同种类的昆虫中,在一定程度上暗示了白垩纪中期森林中已经存在复杂的生态关系。

蔡晨阳说,未来,他们还将关注更古老的昆虫化石,去了解它们的体表是否已经进化出结构色,例如侏罗纪甲虫是否也有多层反射膜,为发现、重建更古老昆虫的颜色提供原始依据。

在他看来,发现并运用结构色,对于当下的生活也有借鉴意义,“例如3D打印就可以参照结构色的结构打印,而不用使用颜料,以节省资源、减少对环境的污染。”




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