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Fossilized Biophotonic Nanostructures Reveal the Original Colors of 47-Million-Year-Old Moths

唐唐添加于 2011-11-24 06:02 | 1809 次阅读 | 0 个评论

作者
McNamara ME, Briggs DEG, Orr PJ, Wedmann S, Noh H, Cao H, Benton MJ
摘要
Structural colors are generated by scattering of light by variations in tissue nanostructure. They are widespread among animals and have been studied most extensively in butterflies and moths (Lepidoptera), which exhibit the widest diversity of photonic nanostructures, resultant colors, and visual effects of any extant organism. The evolution of structural coloration in lepidopterans, however, is poorly understood. Existing hypotheses based on phylogenetic and/or structural data are controversial and do not incorporate data from fossils. Here we report the first example of structurally colored scales in fossil lepidopterans; specimens are from the 47-million-year-old Messel oil shale (Germany). The preserved colors are generated by a multilayer reflector comprised of a stack of perforated laminae in the scale lumen; differently colored scales differ in their ultrastructure. The original colors were altered during fossilization but are reconstructed based upon preserved ultrastructural detail. The dorsal surface of the forewings was a yellow-green color that probably served as a dual-purpose defensive signal, i.e. aposematic during feeding and cryptic at rest. This visual signal was enhanced by suppression of iridescence (change in hue with viewing angle) achieved via two separate optical mechanisms: extensive perforation, and concave distortion, of the multilayer reflector. The fossils provide the first evidence, to our knowledge, for the function of structural color in fossils and demonstrate the feasibility of reconstructing color in non-metallic lepidopteran fossils. Plastic scale developmental processes and complex optical mechanisms for interspecific signaling had clearly evolved in lepidopterans by the mid-Eocene.
详细资料
- 文献种类:期刊
- 期刊名称: PLoS Biology
- 期刊缩写: PLoS Biol
- 期卷页: 2011年第9卷第11期 e1001200页
- ISBN: 1545-7885
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研究揭示4700万年前蛾子颜色

一只4700万年前的蛾子被复原的颜色可能是昆虫的伪装，进而警告捕食者它是有毒的。

图片来源：Adapted from M. E. McNamara等，《科学公共图书馆—生物学》

浑身布满蓝色、黄色和绒毛会是什么样子？根据对史前颜色进行的一项新研究，答案是一只具有4700万年历史的蛾子。研究人员表示，回溯到几千万年之前，这些鲜艳的色调可能意味着这些昆虫在当时便发动了一场进化上的军备竞赛。

搞清几百万年前的动物看起来什么样并不是一件容易事。早已死亡的有机体的化石遗迹通常不会保留它们的原始颜色。但是在过去的几年里，研究人员利用结构颜色现象从而找到了解决这一问题的途径。通过分析一枚化石中的显微结构，研究人员有时能够计算出它们相当于什么颜色，或是会反射何种波长的光线。从甲虫到长羽毛的恐龙，这种方法已经揭示了各种各样有机体的原始色调。

利用这种“彩色印片法”炮制的最新生物是在德国梅塞尔油页岩中发现的一只4700万“岁” 的蛾子。这一沉积层因其复杂的化石保存而闻名于世，同时这枚蛾子标本是如此精致，以至于美国耶鲁大学的古生物学家Maria McNamara和同事甚至能够将昆虫的翅膀放大，以探查微小翅鳞的精细结构。这些鳞片包含有McNamara所说的“石化的多层反射体”，在这里，“光线以相同的角度在这一结构的不同层面被反射，从而产生一种单一的可见光”。利用在现代蝴蝶中被设计用来研究鳞片与颜色间相互关系的数学模型，她和同事便能够确定这一化石蛾子的色调。

尽管石化的蛾子看起来是褐色和金色的，然而复原结果却显示这只昆虫在生活中更加充满活力。翅膀的外侧描绘着少量的褐色，随后逐渐蜕变为蓝色、绿色和黄色。研究人员没有发现任何彩虹色的迹象，表明这只蛾子从任何视角看都具有相同的颜色。

研究人员在11月15日的《科学公共图书馆—生物学》网络版上报告说，重建的调色板可以向古生物学家提供史前蛾子的栖息地线索。McNamara和同事推断，蛾子翅膀上的绿色及其彩虹色的缺乏往往与现代昆虫的伪装功能相关。在远古的梅塞尔森林，或许这种着色能够帮助蛾子在可能的捕食者——例如蝙蝠——面前隐藏起来。另外，它还能够起到威慑的作用。McNamara指出，“当（这些蛾子）取食鲜花时，这种颜色是非常醒目的。它可能起到一种警报信号的作用”，这与现代蛾子使用明亮的颜色让捕食者相信它们是有毒的，并且味道可怕是一样的道理。她说，今天的蛾子在捕食者和猎物之间进行的军备竞赛或许至少可以追溯到4700万年前。

美国宾夕法尼亚大学的昆虫学家Daniel Janzen认为，这项新研究或许确定了化石蛾子的真实颜色。但他警告说，这些颜色对于昆虫生活方式的意义却很难被搞清。Janzen说，就像在现代蛾子中看到的那样，明亮的色彩可以用于求爱、伪装或交流。但他依然认为，颜色和行为之间的关系可以被应用到化石记录中去，正如人们对现代蛾子所做的那样。“我们没有理由怀疑今天生态学的基本原理与4000多万年前有什么不同。”（来源：科学时报赵路）

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