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三国科学家成功还原2亿年前飞蛾的真实色彩

2018/4/14 11:45:00   来源:光明日报

  原标题:破解两亿年前昆虫的真实颜色

  两亿年前的昆虫是什么颜色?近日,中、德、英三国的科学家通过对昆虫化石结构色的研究,成功还原一种两亿年前飞蛾的真实色彩。相关的研究成果于4月12日在《科学》杂志子刊《科学进展》上发表,在学界引起轰动。

  三年攻关 还原古昆虫颜色

  在中国科学院南京地质古生物研究所的展窗里,一张通体金黄的飞蛾图片吸引了众多目光。图片上的飞蛾就是中科院南京地质古生物研究所领衔的科研团队根据两块远古化石复原出的蛾类“老祖宗”。

  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。长期以来,以蛾类和蝴蝶为代表的鳞翅目昆虫,其翅膀上的鳞片结构精巧而复杂,学界对其的光学结构知之甚少,导致人类对鳞翅目和结构色的起源和早期演化了解甚少。

  为了攻克难题,中国科学院南京地质古生物研究所研究员王博等研究人员用了三年多的时间,对500多块来自英国、德国、哈萨克斯坦的侏罗纪蛾类标本进行了系统调查。“我们利用显微镜、三维光学建模等一系列技术手段,终于在德国和英国两块迄今为止最早的蛾类化石中,观察分析出了可以还原其色彩的微观鳞片结构,还原出飞蛾的真实颜色。”研究团队成员张青青说。

  光学软件模拟结果显示,这两块产生于1.95亿年前和1.8亿年前的鳞翅目飞蛾化石与现存最原始的鳞翅目昆虫小翅蛾非常类似,已经具有较复杂的光学结构,可以产生金黄色的结构色。这一发现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,并将该记录提前了至少1.3亿年。

  融合型鳞片是最原始蛾类翅膀鳞片结构

  在研究中,该团队不但从欧亚大陆中生代蛾类标本中发现了结构色的确切证据,还为昆虫鳞片和颜色的演化提供了全新的观点。

  “经过研究发现,飘翅目昆虫具有单层的融合型鳞片,外形为窄叶性,其形态比已知鳞翅目鳞片所有类型都原始。而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。”张青青介绍,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。鳞片排列方式为一型双层鳞片,即一层大的融合型鳞片(覆鳞)覆盖一层小的融合型鳞片(基鳞),排列成覆瓦状。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。“也就是说,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。”

  “先前经典的发育生物学理论认为,镂空型鳞片是最原始的状态,但此次研究表明融合型鳞片才是最原始的类型,并且一型双层鳞片应为鳞翅目的基本构型特征。另外,昆虫的翅膀鳞片与羽毛的演化或许有一些共性。”王博称,此次研究表明具有结构色的翅膀鳞片在鳞翅目出现之前就已经在一些原始类群广泛存在。

  古生物研究将从黑白世界进入彩色世界

  在研究过程中,科学家们还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。

  “一般来说,我们通过研究化石复原古生物的形态,但大多只是复原骨骼结构,色彩都是科学家们想象出来的。”南京大学地球科学与工程学院教授姜宝玉认为,复原生物结构色是一项能让远古世界从黑白走向彩色的开拓性研究,以后回答古生物世界是什么颜色,也许不需要靠猜,科学家就能给出准确答案。

  “色彩在昆虫的求偶、防御、捕食等与其生存密切相关的行为中具有重要作用。但是由于化石材料的局限性,我们对于古昆虫的颜色知之甚少。王博团队的最新研究通过丰富的鳞翅类昆虫化石材料,充分利用昆虫结构色的产生原理,基于先进的现代形态学研究技术,重建了中生代昆虫的颜色。”中国农业大学植物保护学院教授刘星月认为,该研究增进了人类对古昆虫色彩的科学认识,未来基于这一技术将有望揭示更多不同类群古昆虫的色彩,进而可以对远古时期昆虫的生态行为有更深入的理解。(记者 郑晋鸣 通讯员 李薇)

    编辑:温伟伟    责任编辑:胡立荣

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