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光明日報記者 鄭晉鳴 光明日報通訊員 李薇
兩億年前的昆蟲是什麼顏色？近日，中、德、英三國的科學家通過對昆蟲化石結構色的研究，成功還原一種兩億年前飛蛾的真實色彩。相關的研究成果於4月12日在《科學》雜誌子刊《科學進展》上發表，在學界引起轟動。
飛蛾復原圖 資料圖片
三年攻關 還原古昆蟲顏色
在中國科學院南京地質古生物研究所的展窗裡，一張通體金黃的飛蛾圖片吸引了眾多目光。圖片上的飛蛾就是中科院南京地質古生物研究所領銜的科研團隊根據兩塊遠古化石復原出的蛾類「老祖宗」。
昆蟲是地球上物種數量最多的生物，展現了極其豐富的顏色。長期以來，以蛾類和蝴蝶為代表的鱗翅目昆蟲，其翅膀上的鱗片結構精巧而複雜，學界對其的光學結構知之甚少，導致人類對鱗翅目和結構色的起源和早期演化了解甚少。
為了攻克難題，中國科學院南京地質古生物研究所研究員王博等研究人員用了三年多的時間，對500多塊來自英國、德國、哈薩克斯坦的侏羅紀蛾類標本進行了系統調查。「我們利用顯微鏡、三維光學建模等一系列技術手段，終於在德國和英國兩塊迄今為止最早的蛾類化石中，觀察分析出了可以還原其色彩的微觀鱗片結構，還原出飛蛾的真實顏色。」研究團隊成員張青青說。
光學軟體模擬結果顯示，這兩塊產生於1.95億年前和1.8億年前的鱗翅目飛蛾化石與現存最原始的鱗翅目昆蟲小翅蛾非常類似，已經具有較複雜的光學結構，可以產生金黃色的結構色。這一發現不僅是已知最早的昆蟲真實顏色，也是最古老的昆蟲結構色，並將該記錄提前了至少1.3億年。
融合型鱗片是最原始蛾類翅膀鱗片結構
在研究中，該團隊不但從歐亞大陸中生代蛾類標本中發現了結構色的確切證據，還為昆蟲鱗片和顏色的演化提供了全新的觀點。
「經過研究發現，飄翅目昆蟲具有單層的融合型鱗片，外形為窄葉性，其形態比已知鱗翅目鱗片所有類型都原始。而侏羅紀的蛾類標本的翅膀鱗片在形狀、超微結構以及排列方式上與現生最原始的鱗翅目（小翅蛾科）非常相似。」張青青介紹，它們的鱗片都是融合型，即鱗片上下層均被表皮填充，不成網格狀。鱗片排列方式為一型雙層鱗片，即一層大的融合型鱗片（覆鱗）覆蓋一層小的融合型鱗片（基鱗），排列成覆瓦狀。現生的鱗翅目高等類群多具有鏤空型鱗片：上、下分為兩層，中間有複雜的三維結構，而呈扁囊狀。「也就是說，侏羅紀的蛾類鱗片已經演化出魚骨狀的納米級光學結構，類似的精細結構只見於現生小翅蛾科部分種類。」
「先前經典的發育生物學理論認為，鏤空型鱗片是最原始的狀態，但此次研究表明融合型鱗片才是最原始的類型，並且一型雙層鱗片應為鱗翅目的基本構型特徵。另外，昆蟲的翅膀鱗片與羽毛的演化或許有一些共性。」王博稱，此次研究表明具有結構色的翅膀鱗片在鱗翅目出現之前就已經在一些原始類群廣泛存在。
古生物研究將從黑白世界進入彩色世界
在研究過程中，科學家們還證實了納米級的光學結構可以保存在中生代的琥珀、壓痕以及印模化石標本中，為復原遠古動物和植物的結構色打開了新的窗口。
「一般來說，我們通過研究化石復原古生物的形態，但大多只是復原骨骼結構，色彩都是科學家們想像出來的。」南京大學地球科學與工程學院教授姜寶玉認為，復原生物結構色是一項能讓遠古世界從黑白走向彩色的開拓性研究，以後回答古生物世界是什麼顏色，也許不需要靠猜，科學家就能給出準確答案。
「色彩在昆蟲的求偶、防禦、捕食等與其生存密切相關的行為中具有重要作用。但是由於化石材料的局限性，我們對於古昆蟲的顏色知之甚少。王博團隊的最新研究通過豐富的鱗翅類昆蟲化石材料，充分利用昆蟲結構色的產生原理，基於先進的現代形態學研究技術，重建了中生代昆蟲的顏色。」中國農業大學植物保護學院教授劉星月認為，該研究增進了人類對古昆蟲色彩的科學認識，未來基於這一技術將有望揭示更多不同類群古昆蟲的色彩，進而可以對遠古時期昆蟲的生態行為有更深入的理解。
《光明日報》（ 2018年04月14日 09版）
[責任編輯:白麗克孜·帕哈丁]