尋找恐龍丟失的“膚色”

霍云吉

翻開一本滅絕動物圖集，你能看到許多長相奇特的動物：身懷巨鉗的紅色奇蝦、長著螺旋狀牙齒的藍(lán)色旋齒鯊、兩對翅膀的亮黑色小盜龍等。在感嘆它們的神奇外貌的同時，你有沒有想過，它們真的長這樣嗎？科學(xué)家們怎么知道的呢？

從化石中尋找色彩

奇蝦的大鉗子、旋齒鯊的螺旋齒和小盜龍的兩對翅膀雖然很不可思議，不過這確實是有事實依據(jù)的，畢竟這些結(jié)構(gòu)都栩栩如生地保存在化石中。但是，化石都是灰撲撲的，科學(xué)家們怎么從中看出了奇蝦的紅色、旋齒鯊的藍(lán)色和小盜龍的“五彩斑斕的黑色”呢？

這些遠(yuǎn)古的滅絕動物，我們自然是找不到繪畫作品和影像資料了，那么只能直接參考現(xiàn)代動物。比如現(xiàn)代鯊魚多是灰藍(lán)色的，這是它們在海洋中的保護(hù)色，因此科學(xué)家推測旋齒鯊是藍(lán)色的。奇蝦是蝦蟹類的祖先，想象圖中常將它繪成帝王蟹的顏色——紅色。當(dāng)然，這種方法是不那么準(zhǔn)確的，直到本世紀(jì)初，科學(xué)家們才找到了推測古生物膚色的靠譜方法。

如果問你，植物的葉子為什么是綠色的？你可能馬上會告訴我，因為它們具有葉綠體。動物雖然沒有葉綠體，但是卻有另一種色素體——黑素體。2006年，英國布里斯托大學(xué)的生物學(xué)家雅各布·文特爾首次發(fā)現(xiàn)了這種色素體。在研究一塊2億歲的烏賊墨囊化石時，文特爾看到烏賊細(xì)胞中有一個個含有許多黑色顆粒的液泡，他將之命名為黑素體。這些黑素體中裝的就是烏賊的墨汁，因為黑素體的存在，整個墨囊都呈黑色。文特爾又觀察了許多鳥類的羽毛，同樣在細(xì)胞中找到了類似的液泡，經(jīng)過認(rèn)真觀察，文特爾將黑素體分為兩種：一種為卵圓形，制造黑色色素;一種為球形，制造鐵銹紅色的色素。在鳥羽中，這些不同的黑色素相互混合，最終調(diào)配成灰、棕、白等顏色。

既然兩億年前的烏賊化石中還能清楚看到黑素體的結(jié)構(gòu)，那么其他動物的化石是不是也能看到黑素體呢？答案是肯定的，2010年，包括文特爾在內(nèi)的多位古生物學(xué)家首次在中華龍鳥（一種小型食肉恐龍）的羽毛化石上發(fā)現(xiàn)了黑素體。為了還原中華龍鳥的顏色，科學(xué)家們需要在動物化石的頭部、背部、腹部、四肢等各個部位取樣，分析黑素體的形狀和各處的分布密度等，然后再與現(xiàn)存鳥類的黑素體結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，如果吻合比較多就是顏色大多一致。比如，現(xiàn)代鳥類的黑色羽毛中的黑素體是長軸黑素體，如果化石中某處的羽毛也具有這樣的黑素體，就說明該部位羽毛的顏色跟現(xiàn)代鳥類的黑羽類似。這樣，科學(xué)家們最終還原出中華龍鳥的樣子，它的毛發(fā)呈現(xiàn)粟色或紅棕色，尾巴則是橙白兩色相間，整體“膚色”與松鼠類似。

除了黑素體，動物體內(nèi)還有一些其他的色素，比如血紅素和胡蘿卜素等，可是這些色素沒有專門的細(xì)胞結(jié)構(gòu)儲存，在化石形成過程中很容易降解，而且一旦降解就幾乎無法復(fù)原，所以在化石中幾乎看不到這些彩色色素。不過，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，很多色素都與某些金屬原子有關(guān)，比如血紅素的中心元素是鐵，合成真黑色素的酶需要銅元素等。因此如果在化石中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)元素，也可以據(jù)此推測該部位的體色。

“五彩斑斕的黑”是什么黑

其實，如果你認(rèn)真觀察，你會發(fā)現(xiàn)生物的體色并不是單一的顏色。在光線照射下，生物體色往往是深淺不一的，這是因為，體色并不完全由色素決定，還與身體結(jié)構(gòu)有關(guān)。不同的身體部位的微結(jié)構(gòu)會影響光線的穿透路徑和反射程度，過濾或反射特定波長的光線，這樣我們就會看到不同的色彩?？茖W(xué)家們將這種由于身體結(jié)構(gòu)不同而產(chǎn)生的顏色稱為結(jié)構(gòu)色，結(jié)構(gòu)色比色素色的色彩要鮮艷和豐富很多。

甲蟲是結(jié)構(gòu)色的典型代表，幾十只甲蟲放在一處，都幾乎找不到顏色相同的兩只，讓人不敢相信這些“膚色”也是由幾種相同的色素產(chǎn)生的。愛爾蘭考克大學(xué)的古生物學(xué)家瑪利亞·麥克納馬拉及其團(tuán)隊研究了約600種不同昆蟲的化石，發(fā)現(xiàn)這些昆蟲的外骨骼（昆蟲特有的一種覆蓋全身的堅硬的外部結(jié)構(gòu)）是由很多僅100納米厚的薄層堆疊而成的。這些薄層對光線的反射程度不同，層數(shù)越多，所顯示出的顏色越鮮亮。因此，盡管色素組成相同，甲蟲的膚色也不會一模一樣。

小盜龍是多彩結(jié)構(gòu)色的另一個代表。在小盜龍的化石中，來自北京大學(xué)、美國得克薩斯大學(xué)等多國的研究者們也只找到了黑素體這一種色素，但是他們認(rèn)為，小盜龍的“黑皮膚”不是單純的黑色，而是一種能反射出多彩色澤的“五彩斑斕的黑色”，這得益于黑素體的納米結(jié)構(gòu)。

研究者們從小盜龍的各個部位取了26個樣品，掃描得到了這些部位的黑素體的結(jié)構(gòu)和分布圖，然后將它們與現(xiàn)代鳥類的彩虹色羽毛的黑素體進(jìn)行對比。數(shù)據(jù)分析表明，彩虹色羽毛部位的黑素體比黑灰色羽毛的黑素體要更加細(xì)長且排布更加規(guī)律，而小盜龍的26個樣本中，排除沒有檢測到黑素體的7個樣本，剩余的19個樣本中有13個都具有與彩虹色羽毛的黑素體相同的形態(tài)和排布方式。據(jù)此，研究者們得出了結(jié)論，小盜龍的黑色羽毛在不同的光照角度下會折射出藍(lán)、綠、紅、黃等多種色彩。

膚色不同，生境不同

看到這里，想必你也看出來了，推測古生物的膚色確實是一個困難的工作，而且很可能因為結(jié)構(gòu)不全而得到錯誤的答案，那么有什么方法能驗證一下結(jié)論嗎？

在對現(xiàn)代生物的研究中，我們發(fā)現(xiàn)，生物的膚色與生境有很大的關(guān)系，比如兩極地區(qū)白色的北極熊、熱帶草原上棕色的非洲獅等。因此，可以認(rèn)為，古生物的生境和膚色也有關(guān)系，兩者可以相互驗證。

2016年9月，英國布里斯托大學(xué)的研究人員重現(xiàn)了鸚鵡嘴龍的膚色。它的面部顏色較深，背部為深褐色，腹部膚色逐漸變淺，前肢有黑色斑點，后背皮膚有深淺不一的條紋。生物學(xué)家們稱這種體色分布為“反蔭蔽”。許多現(xiàn)代動物都具有這種體色分布，比如魚類常常具有背部顏色深、腹部顏色淺的特點，這樣從上往下看，深色的背部與海水融為一體，從下往上看，淺色的腹部又與天空顏色相近，不易被發(fā)現(xiàn)。與之相似，生活在光線向四面八方反射的環(huán)境中的生物，也具有這樣的體色，比如森林中的各種鳥類。據(jù)此，研究人員推測，鸚鵡嘴龍也生活在森林中，反蔭蔽的膚色有利于它們在森林中“隱身”，躲開兇猛的食肉恐龍，這也與它們的“小個子”和植食性特征相符。

與鸚鵡嘴龍相反，顏色更加鮮亮的中華龍鳥則可能生活在樹木低矮、植被稀疏的河流附近。英國布里斯托爾大學(xué)的研究團(tuán)隊在重建了中華龍鳥的膚色模型后，進(jìn)行了光照實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在30°的斜射光線、直射光線和漫射光線三種光照狀態(tài)的比較中，斜射光線下中華龍鳥的膚色變化最不明顯，隱蔽效果最好，而漫射光線則最不利于中華龍鳥“隱身”。因此，研究者推測中華龍鳥應(yīng)生活在樹木不那么密集的水邊。在中華龍鳥的胃中發(fā)現(xiàn)的未消化的蜥蜴也能證明這一點，這種蜥蜴與現(xiàn)代生活在水邊的蜥蜴形態(tài)結(jié)構(gòu)很相似。

我們沒人親眼見過億年前滅絕的古生物，它們到底是什么樣子很難說清楚。但是，隨著多種技術(shù)方法的進(jìn)步和協(xié)同運用，我們對它們的認(rèn)識必將越來越準(zhǔn)確。