古生物學家羅伯特·尼科爾斯(RobertNicholls)正給一頭暴龍的頭部建模。形狀很好解決:有化石頭骨為證;但顏色呢?
我們目前只能靠猜。
是以很多現(xiàn)代爬行、兩棲動物的大地色系為準;還是參考一些現(xiàn)代鳥類明亮、華麗的羽毛?畢竟,恐龍家族存活到本世紀的成員也就只有鳥類了。到目前為止,我們只能猜測,但很快,這個局面就會打破。
在我們的腦海中,史前世界是黑白的。
一直以來,為其上色都是一種不切實際的幻想。但“古生物顏色學”的興起正徹底改變這種觀點,為史前世界填上絢麗的色彩。
目前,這方面的研究只覆蓋少數(shù)幾種恐龍、昆蟲和爬行動物,但隆德大學科學家約翰·林格倫(JohanLindgren)表示:“這才剛剛開始。”
要是能在化石記錄之中找到顏色證據(jù),我們所能做的就不僅僅是為暴龍上色這么簡單了。骨骼可以變成化石,但行為不會。
“環(huán)顧周圍的動植物,我們看到的是絢麗的色彩和圖案,”考克大學的瑪麗亞·麥克納馬拉(MariaMcNamara)說,“利用顏色,動物可以偽裝自己、逃避掠食者、發(fā)出求偶信號、在社會群體內(nèi)傳遞信號。所以,如果能找到動物體內(nèi)的顏色證據(jù),我們就有望揭開古生物的顏色之謎?!?/p>
盡管如此,古生物顏色學只在最近十年才得以成為嚴肅的研究領(lǐng)域。幾十年前,科學家就已知道,某些貝類和昆蟲化石似乎留有顏色,但不能確定那是它們的本色,還是化石化這一過程的副產(chǎn)物。在特殊條件下,皮膚和羽毛也會形成化石——在所有已發(fā)現(xiàn)的化石中,這類化石的比例不到1%——但化石顏色(通常呈黑色或棕色)并不能指示動物生前的色彩。
靈光一現(xiàn)雅各布·文特爾(JakobVinther)是布里斯托大學的一名講師,2006年,在耶魯讀博時,他研究過一塊2億歲的烏賊墨囊化石。19世紀時,化石獵人們就知道,這種墨囊會留存至今——有人甚至用其墨水寫信——但文特爾卻因此茅塞頓開。
“我看著這些墨水,不禁意識到,它跟活烏賊的墨水完全一樣,所以肯定由黑色素組成。這是我們跟恐龍共有的色素?!?/p>
色素會選擇性地吸收特定波長的可見光,形成顏色。常見的色素有黑色素、類胡蘿卜素(鮮紅、黃)和卟啉(綠、紅、藍)。還有的顏色是“結(jié)構(gòu)性顏色”,來自納米結(jié)構(gòu)對光線的散射(比如絢麗的孔雀尾羽)。黑色素控制著發(fā)色和瞳孔的顏色等等?!昂谒伢w”是細胞中的一種空泡,負責黑色素的制造與存儲。它分兩種: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。
這些不同的黑色素相互混合,兼之以缺乏色素的情況,最終調(diào)配成灰、棕、白等顏色。文特爾推測,如果烏賊墨囊中的色素得以保存,那么,皮膚和羽毛化石中的黑色素——或是儲存黑色素的黑素體——就也可能保存至今。
在丹麥出土的5500萬年前的小鳥頭骨化石中,文特爾找到了這個問題的答案。該化石帶有一圈羽毛印痕,以及眼睛位置的兩個斑點?!拔易谀抢铮▽ふ液谒伢w的證據(jù)),調(diào)大顯微鏡放大倍數(shù),突然驚呼:這不就是嘛!我們可以給恐龍化石上色了?!?/p>
作為他的導師,德里克·布里格斯(DerekBriggs)有些懷疑。文特爾描述的結(jié)構(gòu)是學界已知的,且已被歸為細菌?!八鼈冇兄图毦粯拥拇笮『托螤睿页霈F(xiàn)在腐爛的尸體上——本來就該有腐生細菌的地方,”麥克納馬拉說?!斑@一切都順理成章?!睘閷ふ疫M一步證據(jù),文特爾和布里格斯找來了白堊紀的一塊羽毛化石,上有清晰的黑白紋路。在羽毛的黑色紋路中,他們找到了卵圓形的黑素體;而在羽毛白色紋路中(白色意味著沒有色素),他們則找到了圓形的黑素體。這些小體若是細菌,就該在黑白區(qū)域內(nèi)兼有分布。
2008年,文特爾發(fā)表初步研究結(jié)果,緊接著又依據(jù)黑素體的形狀,推導出它們的色彩和圖案,還原出第一頭彩色恐龍。2010年,布里斯托大學的兩個團隊——一個由文特爾帶領(lǐng),一個由邁克爾·本頓(MichaelBenton)帶領(lǐng)——僅以幾天之隔,發(fā)表了兩篇論文,分別論證了為何近鳥龍屬擁有紅色的羽冠,以及為何中華龍鳥屬有著紅棕色的條紋尾羽。
后續(xù)很多研究都在文特爾假說的基礎上,作了進一步發(fā)展,其中包括林格倫,他使用“飛行時間二次離子質(zhì)譜”(ToF-SIMS)技術(shù),分析了各種化石的化學組成,發(fā)現(xiàn)了黑色素化學標記的直接證據(jù)。麥克納馬拉則探索了除黑色素外,其他著色方式的保存情況,并首次系統(tǒng)性地探究了結(jié)構(gòu)性顏色的化石記錄。在2016年發(fā)表的論文中,她探究了西班牙東北部出土的一塊蛇化石,其歷史可追溯至1000萬年前。在化石上綠棕相間的圖紋中,她首次找到保存至今的類胡蘿卜素。
操之過急?也有人擔心,這個新興領(lǐng)域的發(fā)展有些過快,林格倫說,一些結(jié)論有些操之過急了。
他指出其中一個問題:除黑色素外,古生物體內(nèi)或有其他色素或結(jié)構(gòu)性顏色,若在化石化作用中,這些原有的顏色未能保留下來,“你的還原圖就是錯的。因此,顏色還原的結(jié)果,并不一定是動物的原貌?!绷硪粋€問題是,僅憑一片羽毛,或是ToF-SIMS技術(shù)中用到的丁點樣本,就推斷出一只鳥或一頭恐龍的顏色,這樣的結(jié)果恐怕具有誤導性,南卡羅來納州立大學的瑪麗·史威澤(MarySchweitzer)在一篇文章中寫道。
麥克納馬拉認為,一個關(guān)鍵點是,對于黑色素本身,我們都沒有充分理解?!拔覀兊眠M一步了解黑色素在現(xiàn)代動物體內(nèi)的作用,再去考慮化石。我們有點沉不住氣?!焙谏貛Ыo我們的不僅僅是顏色這么簡單,還有比如紫外線防護,以及機械強度(一些鳥的翼尖呈暗色,就起到這一作用)。黑色素不僅僅存在于毛發(fā)和皮膚之中,還見于內(nèi)臟,這一點引人深思。“我們會去探尋黑色素進化的控制因素。我們一直以為,它是為了顏色,是為了性選擇和偽裝,但既然內(nèi)臟里都有黑色素,那它的存在說不定是服務于完全不同的目的。”
林格倫認可此說?!翱偟膩碚f,未知因素還有很多。”他說。“我的感覺是,作為古生物學家,我們傾向于把問題過度簡化,認為A一定導致B。但生物學家就會知道,在現(xiàn)代世界中,單一因素導致單一結(jié)果這樣的事,幾乎從來沒有過?!?/p>
但對文特爾來說,圍繞古生物顏色的持續(xù)爭論有些過了。每次發(fā)表新論文,他都會想,這次大家會說什么,他又該如何回應?!斑@讓人很累,壓力很大。我多希望大家能多花點時間,去推動這個領(lǐng)域的發(fā)展,而不是處處反對,讓它停滯不前。我們何不向前看,試著用可量化的方式,探索這個領(lǐng)域的前沿和極限?!?/p>
意義今年7月,澳大利亞科學家宣布,他們發(fā)現(xiàn)了世界上最古老的顏色——一抹頗為嫵媚的亮粉色。這是一種卟啉色素,取自棲息在海洋中的微觀生物,可追溯至11億年前,遠比前述研究對象來得古老。
卟啉色素
隨著我們對古代顏色的認識不斷增加,科學家或許能以地質(zhì)時間為軸,繪制出顏色的發(fā)展歷程,解答這方面的各種問題,比如,是什么驅(qū)動著顏色的進化?是自然選擇(把自己隱藏起來)還是性選擇(將自己推銷出去)?!盎蛘?,有沒有那么一段時間,競爭壓力相對較小,性選擇也沒有發(fā)生?”麥克納馬拉思考的是,“若不受這些因素的控制,動物的圖紋會怎樣分布?會不會格外妖艷?我們不能想當然地以為,今天的世界什么樣子的,以往的世界就也是什么樣子的?!?/p>
而且,古生物顏色學已經(jīng)能讓我們進一步窺測遠古生物的日常生活。比如一直以來,四翼的小盜龍都被視為夜行動物,判斷依據(jù)是,它有很大的眼窩。但文特爾和北京自然歷史博物館的李全國等人發(fā)現(xiàn),這種恐龍有著絢麗的羽毛(來源于結(jié)構(gòu)性顏色)——夜行之說不攻自破。
它還能揭示古生物的生存環(huán)境。通常,科學家收集這方面的線索時,會參考附近其他的動植物化石,但有時,動物遺骸會因為河流等的搬運,離開原先的棲息地,這種情況下,結(jié)果就會出現(xiàn)偏差。
文特爾研究了一頭鸚鵡嘴龍(小型植食性恐龍,三角龍的近親)的化石,結(jié)論是:其背部呈暗色,腹部呈白色——即現(xiàn)代動物中常見的“反影偽裝”配色。從鯨魚等掠食者,到鹿等被掠食者,很多動物都采用這種配色,為的是與周圍環(huán)境融為一體(背陰的身體部位呈淺色,朝天的部位呈暗色)。兩個色區(qū)的大小和分布通常對應不同的棲息地,比如開放的平原,或是黑暗的森林地面。鸚鵡嘴龍的反影偽裝表明,它棲息于漫射光環(huán)境下,冠層森林就是這樣一種環(huán)境。
在工作室中,尼古拉斯向我展示了他和文特爾開發(fā)的鸚鵡嘴龍模型。其體型與拉布拉多犬相仿,外表頗為可愛,長著鸚鵡一樣的喙,背部是深棕色與橙色相間的斑駁色塊,越接近腹部,顏色越淺,到腹側(cè)就成了奶白色?!拔液芟矚g顏色復原工作,因為你突破空白,親手定義了一種動物的樣貌,小至它的斑紋。”尼克爾斯說,“能打破未知,將一樣東西展現(xiàn)在世人面前,這種感覺太爽了。”
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