昆虫是地球上物种数量最多的生物,大多都具有极其丰富的颜色,比如说铜绿色的金龟子、颜色多样的蝴蝶等。我们不禁好奇,2亿年前的昆虫是什么颜色呢?是否也像现在这样色彩斑斓?
近日,来自中、德、英三国的科学家们通过对鳞翅目昆虫化石微细结构和结构色的研究,还原了2亿年前昆虫的“真实颜色”,同时该研究揭示了鳞片的早期演化及光学结构。该研究成果于4月12日在线发表于《Science》子刊《Science Advances》。
颜色的恢复一直是古生物研究中一个难题,因为化石通常只能保存生物体结构,而对其颜色的恢复几乎都是靠想象。昆虫着色形式包括色素色(化学色)和结构色(物理色),其中结构色是生物体亚显微结构所导致的一种光学效果,生物体表面或表层的嵴、纹、小面和颗粒能使光发生折射或散射作用,从而产生特殊的颜色效应。
鳞翅目昆虫包括各种蛾类和蝴蝶,是人们最熟悉的昆虫之一。鳞翅目翅膀上鳞片具有极其精巧的三维微观结构,可以产生各种结构色,同时鳞翅目昆虫的结构色是所有生物中最复杂、也是最丰富的。
昆虫的光学结构并不会随着时间而产生化学变化,只要结构在,结构色就可以被重建起来。所以,在化石中找到光学结构是恢复古昆虫颜色的关键。长期以来,由于化石光学结构难以完整保存以及技术方面的限制,学界对昆虫化石鳞片的光学结构知之甚少,也限制了科学家对鳞翅目和结构色的起源和早期演化的了解。
研究人员发现侏罗纪的蛾类鳞片已经演化出鱼骨状的纳米级光学结构,类似的精细结构只见于现生小翅蛾科部分种类。研究人员利用化石鳞片数据,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大型机定量计算出化石蛾类产生的结构色。
综合证据表明,侏罗纪早期(约1.95亿年前)的蛾类与现生小翅蛾科(最原始的鳞翅目)非常类似,它们的翅膀鳞片已经具有较复杂的光学结构,可以产生金黄色的结构色。这不仅是已知最早的昆虫真实颜色,也是最古老的昆虫结构色,此次研究将该记录提前了至少1.3亿年。
侏罗纪的蛾类标本的翅膀鳞片在形状、超微结构以及排列方式上与现生最原始的鳞翅目(小翅蛾科)非常相似。它们的鳞片都是融合型,即鳞片上下层均被表皮填充,不成网格状。现生的鳞翅目高等类群多具有镂空型鳞片:上、下分为两层,中间有复杂的三维结构,而呈扁囊状。
本研究同时也证实了纳米级的光学结构可以保存在中生代的琥珀、压痕以及印模化石标本中,为复原远古动物和植物的结构色打开了新的窗口,标志着化石由黑白世界进入彩色世界将不再是梦想,化石颜色的复原也不再仅仅依靠想象。