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如何给古生物画上正确的颜色

手机游戏库 2022-11-24 19:11:10 游戏攻略 97 阅读

如何给古生物画上正确的颜色

文末有彩蛋哦!

是我们识别物体的主要途径之一。大自然赋予生物五彩缤纷的颜色,向世间展现着生机勃勃的景象。不同的生物色可能代表不同的含义,既有用于警示敌人的警戒色,又有用于交流沟通的通讯色。

蝴蝶有着颜色艳丽、花纹多样的翅膀,有用于恐吓敌人的眼斑;变色龙可以变色隐蔽于环境;乌贼遇到危险可以变透明、喷墨汁……。自然里不仅有红黄蓝,甚至还有五彩斑斓的黑,有绚丽多彩的白。这些颜色或用于躲避敌人,或用于捕猎,或用于求偶。

颜色给予了地球多姿多彩的生物,那么问题来了,我们能否知道古生物的颜色呢?答案是肯定的,经过古生物学家们几十年的不懈努力,找到了许多还原古生物真实颜色的方法,下面让我们一起探索。

我们通过古生物复原图看到多彩的古生物形象绝大多数都不是真实的。我们现在看到的化石都是灰色、黄色,完全被周围的岩石成分交代、置换成了石头,皮肤和软组织几乎保存不下来,所以我们根本无法直接从化石上看出古生物原本的颜色,甚至连体型也只能通过形态学分析来判断。

而复原图中古生物皮肤或毛发的颜色,是通过与现代生物对比,同时结合这些生物所处的环境来推测的。例如,《侏罗纪公园》系列电影中把霸王龙的皮肤还原成灰色,翼龙的皮肤设定为红棕色等等。研究学者也认为,由于恐龙常生活在茂盛的森林中,又结合它们六方鳞片状的皮肤,与现代大象、鳄鱼等生物对比,认为植食型恐龙皮肤应为灰色、绿色,肉食型恐龙皮肤则以灰褐色为主。

但是,仅凭猜测是永远无法满足广大古生物爱好者的好奇心的,我们要的是真相!当然,研究人员也不是吃素的,经过不懈地研究努力,古生物颜色已有了许多重大突破,“古生物颜色学”这一研究领域也逐渐兴起。

《侏罗纪公园》片段

想要知道古生物的颜色,首先要明白生物是怎么产生颜色的。

我们都知道颜色是人类肉眼对可见光的视觉效应。而生物产生颜色有三种方式,分别是:生物发光色素色结构色

生物发光,顾名思义,是指生物体可以直接发光的现象,这种化学能转化为光能的效率几乎为100%。像萤火虫一样,具有独特的发光器官,通过特殊酶将发光器中合成的物质转化为光能。

纷飞的萤火虫

色素色,是自然界中最常见的产生颜色的方法,也称为化学色,由生物体内所含的色素直接吸收固定频率的太阳光而表现出颜色,常见的隐蔽色、警戒色都是色素色。动物体内常见的有黑色素、嘌呤色素、喋呤色素、血红素等;植物体内主要有叶绿素、类胡萝卜素、醌类色素和黄酮类色素等。

印度牛蛙

粉色罗宾鸟

结构色,与色素无光,是自然界中色彩最为纯净且最强烈的颜色,也称为物理色,通常由生物纳米光学结构与自然光的作用产生。如蝴蝶的翅膀,如果刮去翅面上的鳞片,会发现翅膀其实是透明的,只是由于细小鳞片通过反射、散射太阳光形成了颜色。所以,我们从不同角度看蝴蝶的翅膀、鸟类的羽毛就会显现出不同的颜色,这让黑色羽毛也能呈现出五彩斑斓的彩虹色。

黑羽鸡的黑是五彩斑斓的黑

甲虫的纳米结构色

颜色起到作用的前提,是生物要产生视力。在之前的文章中我们介绍过生物眼睛的进化也是一个循序渐进的过程,直到泥盆纪之后才有了能有效收缩的晶状体。也就是说在之前,生物的颜色在生存中并不重要,更不存在因为颜色而产生的选择性进化。直到眼睛进化到合适的程度,颜色才是影响生物生存的重要因素。

而距今较近的新生代,很多古生物与现生生物接近,其颜色很容易就能确认。所以目前对颜色的研究主要集中在晚古生代到中生代的多样的陆地生物上,且化石保存较为完整。但古生物成为化石的过程是非常漫长的,动物的皮肤、软组织、内脏都很难保存下来,更别说这些记录有颜色的色素和生物结构了。要想解决生物颜色问题,是件极其困难的事情。

泥盆纪邓氏鱼已具有成熟的眼睛结构

但是,方法总比困难多。我们只要找到一个能保留完整生物的方法就可以,答案就是特异埋藏分子化石。特异埋藏指的通过特殊沉积物质埋藏成岩,进而使得生物的微细构造和软组织都能保存下来,例如沥青埋藏、琥珀埋藏等等。独特的保存条件可以让我们有机会看到亿年前的分子化石,进而解读古生物原始的样貌。分子化石,顾名思义,指的是组成生命体的一些有机大分子在成岩过程中保留了化学成分骨架,可以通过气相色谱-质谱仪、飞行时间二次离子质谱等设备观察或标记这些有机分子。这两者结合使提取生物分子化石成为现实。

特异埋藏使格陵兰岛发现5.2亿年Kerygmachela的大脑化石保存下来

研究人员首先解决颜色的生物是最负盛名的恐龙。前面讲过,研究人员根据恐龙生存的森林环境和现代生物对比,猜测恐龙皮肤的颜色呈灰绿色或灰褐色。但事实究竟是怎么样的呢?

在早期研究中,布里斯托大学讲师雅各布·文特尔(Jakob Vinther),在2006年受乌贼墨囊的启发,想到了黑色素应是现代生物和恐龙都共同具备的色素。这类色素被储存在体内称为“黑素体”的细胞结构中,这种结构其实是细胞中的空泡,负责黑色素的制造和储存。卵圆形的黑素体制造黑色素,球形的黑素体制造铁锈红色色素。

文特尔在对5500万年前鸟头骨化石研究中首次识别出了黑素体形成的分子化石,随后在一块白垩纪恐龙羽毛化石中看到了卵圆形的黑素体,虽然前人已经发现过这些分子大小的结构,但却归为腐生细菌的化石。文特尔发现这些羽毛化石有明显的黑白纹路,这些分子在黑色纹路呈卵圆形,在白色纹路呈球形,正好对应了黑素体在不同色素下对应的状态。通过此发现他断言很快人们就能识别出恐龙的颜色。

事实也正如他所说,在他的团队带领下,很快人们逐渐发现越来越多黑素体在恐龙身上的致色机制。截至目前,人们已经识别出6种恐龙的大致颜色,其中4种为羽毛颜色,2种为皮肤颜色。之所以识别出的种类较少,是因为发现黑素体需要保存较好的化石,恐龙的羽毛化石上能较好留存黑素体的化石,而皮肤的有机质却很难保存如此之久。目前识别出皮肤颜色的两种恐龙,恰好就是以保存有有机质成分闻名的“恐龙木乃伊”化石(“恐龙木乃伊”指的是恐龙尸体在极低温、或酸性、或极干旱、或盐度极高的环境埋葬下,可以自然长久保存有机物质)。

已识别出羽毛颜色的恐龙:

种类

中华龙鸟 Sinosauropteryx

年份

2010年

颜色

栗色或红棕色条纹尾羽

描述

早白垩世的小型食肉恐龙,长有羽毛。最早于1996年发现于辽宁热河生物群。2010年,中国、英国、爱尔兰的学者在辽宁省的中华龙鸟化石中通过黑素体发现中华龙鸟属有着栗色或红棕色的条纹尾羽。

化石

复原图

资料

Zhang F , Kearns S L , Orr P J , et al. Fossilized melanosomes and the colour of Cretaceous dinosaurs and birds[J]. Nature, 2010, 463(7284):1075.

种类

近鸟龙 Anchiornis

年份

2010年

颜色

栗色或红棕色条纹尾羽

描述

中侏罗世的小型有羽恐龙,分布在中国北部。2010年中国、美国研究者发现近鸟龙头顶羽毛主要呈红褐色,头顶羽毛的基部则呈黑色。脸部羽毛则主要为黑色,散布者红褐色羽毛。前肢、后肢的长羽毛则是黑、白相间,以条纹方式排列。后肢则是灰色羽毛,而脚掌、脚趾则是黑色羽毛,但缺少尾部化石。2015年发现不同年龄、不同性别的颜色会有差异。

化石

复原图

资料

Li Q , Gao K Q , Meng Q , et al. Reconstruction of Microraptor and the Evolution of Iridescent Plumage[J]. Science, 2012, 335(6073):1215-1219.

种类

小盗龙 Microraptor

年份

2012年

颜色

通体黑色,伴有彩虹结构色

描述

早白垩世的小型驰龙科恐龙,发现在辽宁北票,四肢都长有带羽毛的翼。2012年,中国和美国的研究者通过藏于北京自然博物馆的小盗龙化石中的黑素体发现小盗龙的羽毛通体为黑色,但表面通过对光的反射而呈现彩虹般的金属光泽,类似于现代乌鸦的羽色。

化石

复原图

资料

Li Q , Gao K Q , Meng Q , et al. Reconstruction of Microraptor and the Evolution of Iridescent Plumage[J]. Science, 2012, 335(6073):1215-1219.

种类

彩虹龙 Caihong

年份

2018年

颜色

类似于蜂鸟的彩虹色

描述

中侏罗世的小型近鸟类恐龙,长度仅40厘米。中国和美国的研究人员发现彩虹龙羽毛差异较大,头部细、短,向下逐渐变长,且更加粗、直。头部、胸部和尾基的其他羽毛保留了扁平的板状黑素体,形状非常类似于现代蜂鸟的羽毛中形成鲜艳的彩虹色调的黑素体。猜测可能与蜂鸟一样颜色鲜艳。

化石

复原图

资料

Hu D , Clarke J A , Eliason C M , et al. A bony-crested Jurassic dinosaur with evidence of iridescent plumage highlights complexity in early paravian evolution[J]. Nature Communications, 2018, 9(1).

已识别出皮肤颜色的恐龙:

种类

鹦鹉嘴龙 Psittacosaurus

年份

2016年

颜色

深棕色,前肢有黑色斑点,后肢有条纹

描述

东亚最常见的早白垩世植食型恐龙。发现颜色的恐龙化石为全球为数不多的“恐龙木乃伊”之一,发现于辽宁省,保留有皮肤、肌肉等有机成分。英国古生物学家重建此鹦鹉嘴龙的颜色,发现其面部颜色发黑,背部呈深褐色,腹部浅,前肢有黑色斑点,后肢有条纹。被证明是现代生物常使用的“反荫蔽”色。

化石

复原图

资料

Vinther J , Nicholls R , Lautenschlager S , et al. 3D Camouflage in an Ornithischian Dinosaur[J]. Current Biology, 2016, 26(18):1-7.

种类

北方盾龙 Borealopelta

年份

2017年

颜色

背部深红色,背部细小鳞片产生的结构色用于伪装

描述

北方盾龙化石是最著名的“恐龙干尸”化石,被认为是“古生物化石圣杯”,发现于加拿大。该化石保留最为完整,包括背部盔甲、肌肉、内脏等器官,还原了甲龙类最真实的特征。背部黑素体密集,被证明呈深红色,腹部颜色变浅。背部的细小鳞片可以反射光线,研究者认为这具有“隐身”的功能。

化石

复原图

资料

Brown C M , Henderson D M , Vinther J , et al. An Exceptionally Preserved Three-Dimensional Armored Dinosaur Reveals Insights into Coloration and Cretaceous Predator-Prey Dynamics[J]. Current Biology, 2017, 27(16):2514-2521.e3.

《侏罗纪公园》片段

不仅恐龙的颜色被发现了,还包括其他动物,如蛇类:

种类

游蛇类

年份

2016年

颜色

背部黑黄相间

描述

爱尔兰研究人员在对西班牙矿井中发现的游蛇化石的研究中发现,此块保存完好的蛇皮肤化石中的色素分子具有明显的成层性,且识别出从外到内的虹细胞(闪光细胞)、黄色素细胞、黑色素细胞,黄色素和黑色素相间,反应蛇皮肤可能为黑黄相间的颜色,虹细胞不致色,但可以反射特殊波段,使表面颜色更加绚烂。

化石

复原图

来源:Jim Robbins

资料

McNamara, Maria, E, et al. Reconstructing Carotenoid-Based and Structural Coloration in Fossil Skin[J]. Current Biology Cb, 2016.

随后,在2018年,澳大利亚学者称又一种新的色素——卟啉色素,被识别出来。这是一种亮粉色色素,被发现于11亿年前的海洋微观生物中,为远古海洋增加了一丝鲜艳的色彩。

现生的粉色水母

对古生物色素色的研究通过黑素体的发现掀起了狂热的研究浪潮,也取得了非常出色的研究成果。尽管有人认为黑色素在化石分布太过局部不能代表整体的颜色,并且目前现代生物的黑色素致色机制还不够清楚,不能下定论。但科学总是在试错的路上不断进步,目前得出了比较符合人们认知的结论,这是一件非常值得赞赏的工作。

大部分古生物颜色还基于人们的想象

对于结构色和生物发光的研究工作,也在近期取得了巨大的进展。昆虫是最具结构色和生物发光色的代表生物,而研究昆虫的主要载体是另一种非常重要的特异埋藏化石——琥珀。

琥珀是十分优质的化石资源,是研究远古生态环境的珍贵标本,由植物分泌的树脂凝固、石化而形成,常可包裹住碰巧在树下路过的虫子,或地上的枝叶,所以能原模原样的保存生物最原始的姿态,甚至能密封住生物的有机结构。之前研究人员就从象鼻虫的琥珀中提取出1.2亿年前的脱氧核糖核酸分子(DNA大分子)。

缅甸克钦琥珀生物群、波罗的海琥珀生物群、多米尼加琥珀生物群、福建漳浦琥珀生物群被认为是世界四大琥珀生物群,为研究昆虫和植物提供了大量珍贵标本。

琥珀中的昆虫

漳浦生物群生态复原图

中国科学院南京地质古生物研究所杨定华绘制

虽然琥珀能保留下完整的昆虫化石,但经过近亿年的变化,颜色也不再是原生的,且当昆虫化石从琥珀中直接取出,很快就会被氧化成银色,所以对琥珀中昆虫化石的色彩研究依旧是件非常困难的事情。

中科院南古所在对这些琥珀化石的研究中取得许多突破性的进展。南古所的蔡晨阳和泮燕红团队通过50纳米的超薄切片刀和扫描电镜发现一些青峰科的昆虫表面具有多层反射膜,而且这些超微纳米级的光学器官竟然在琥珀中保留了近亿年。这些多层反射膜使得昆虫表面呈现具有金属光泽的结构色,从不同角度看颜色有变化。通过这种方法识别出大部分昆虫表面呈金属光泽的绿色、蓝色、蓝绿色、黄绿色、蓝紫色,并提出多层反射膜是产生结构色的直接原因。

青峰科昆虫的琥珀化石(Cai et al., 2020)

另外是关于生物发光的研究,最广泛具有发光功能的生物当属萤火虫所属的叩甲总科的发光甲虫。同样是中科院南古所,该所李言达最近的研究发现了缅甸北部琥珀化石中保存完好的9900万年前白垩纪中期的甲虫化石,并发现了发光器的存在,命名为白垩光萤科(Cretophengodidae),为萤火虫类的祖先,与萤火虫有着相似的发光器官。进化出这种发光器官最初的目的是为了抵御捕食者,现在的萤火虫发光还兼具了求偶、警戒、诱捕的功能。

白垩光萤科复原图

中国科学院南京地质古生物研究所杨定华绘制

对地球历史巨大的好奇心,驱使着人们想尽一切办法进行探索。在最初的古生物复原图中,生物的颜色只能穷尽想象来填满,但好奇心推动科研不断地发展,经过几十年广大古生物学家的不懈努力,终于在近期有了重大突破。我们终于可以看到最真实的古生物的样貌了,不仅仅只是形态,更有它们的颜色,科研工作让我们一步步更接近真相。但目前我们还知之甚少,未来仍需要大家的共同努力~

图片均来自网络,如有侵权请告知

资料来源

[1] C M , Henderson D M , Vinther J , et al. An Exceptionally Preserved Three-Dimensional Armored Dinosaur Reveals Insights into Coloration and Cretaceous Predator-Prey Dynamics[J]. Current Biology, 2017, 27(16):2514-2521.e3.

[2]Cai C , Tihelka E , Pan Y , et al. Structural colours in diverse Mesozoic insects[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2020, 287(1930):20200301.

[3]Hu D , Clarke J A , Eliason C M , et al. A bony-crested Jurassic dinosaur with evidence of iridescent plumage highlights complexity in early paravian evolution[J]. Nature Communications, 2018, 9(1).

[4]Li Q , Gao K Q , Vinther J , et al. Plumage Color Patterns of an Extinct Dinosaur[J]. Science, 2010, 327(5971):1369-1372.

[5]Li Q , Gao K Q , Meng Q , et al. Reconstruction of Microraptor and the Evolution of Iridescent Plumage[J]. Science, 2012, 335(6073):1215-1219.

[6]Li Y D , Brown Kundrata R , Tihelka E , et al. Cretophengodidae, a new Cretaceous beetle family, sheds light on the evolution of bioluminescence[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2021, 288(1943):20202730.

[7]McNamara, Maria, E, et al. Reconstructing Carotenoid-Based and Structural Coloration in Fossil Skin[J]. Current Biology Cb, 2016.

[8]Vinther J , Nicholls R , Lautenschlager S , et al. 3D Camouflage in an Ornithischian Dinosaur[J]. Current Biology, 2016, 26(18):1-7.

[9]Zhang F , Kearns S L , Orr P J , et al. Fossilized melanosomes and the colour of Cretaceous dinosaurs and birds[J]. Nature, 2010, 463(7284):1075.

[10]恐龙的肤色是如何确定的?——江泓。来源:知乎 https://www.zhihu.com/question/20881685/answer/507780781

[11]南京古生物所揭秘一亿年前昆虫真实色彩的秘密——中国科学院http://www.cas.cn/syky/202007/t20200713_4752949.shtml

看了这么多的理论知识,

好像不实践一下

真的说不过去

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大家期待已久的福利

腾空而出

守宫与钙铀云母 若雯手绘

蝾螈[róng yuán]与矿晶 若雯手绘

泽鳄与石膏 若雯手绘

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美编:许宏玺

校对:张崧 王海波

标签:生物

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