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 。
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