自然科普:黄金蛹为什么是金色的?
来源:科普中国
发布时间:2022-09-19
浏览次数:330

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哇,金色传说!

看到下面这张图片,大家会想到什么?是用黄金制成的挂坠,还是一只蝴蝶幼虫化成的蛹?

金色的蝴蝶蛹

(图源:butterflyfarm.co.cr)

答案可能会出乎大家的意料,这个金光闪闪的物体其实是一个虫蛹。

或许很多人都会感到不可思议,居然会有虫蛹拥有如此鲜艳霸气的颜色,就好像镀上了一层黄金,闪闪发光,甚至还可以映射四周的景象,让人不禁感叹一句大自然的鬼斧神工。

引人瞩目的黄金蛹

事实上,在自然界中,许多蝴蝶的蛹在阳光下都会闪烁着金灿灿的颜色,在很早之前,人们就已经注意到了虫蛹那美丽和令人惊叹的光彩。虫蛹(尤指蝴蝶或蛾)的英文为“chrysalis”,这个单词来源于希腊语中的“chrysos”,意思就是“黄金”。

上文图片里那种身披黄金甲的蛹属于一种叫做塔晓绡蝶(Tithorea tarricina)的蝴蝶,塔晓绡蝶隶属于蛱蝶科,分布于墨西哥、中美洲和南美洲,栖息地为低地和山坡的森林区域。

与那霸气侧漏的黄金蛹相比,塔晓绡蝶的成虫稍微有那么点“平平无奇”,成虫的翅膀的图案变化很大,通常前翅背面整体为黑色,装饰有白色斑点,后翅则为橙色,边缘为黑色,光看成虫的图片,大家肯定很难将二者联系起来。

塔晓绡蝶

(图源:butterflyfarm.co.cr)

除了塔晓绡蝶,还有一些蝴蝶的蛹也是金色的,比如大帛斑蝶(Idea leuconoe)。大帛斑蝶也属于蛱蝶科,主要分布在中国台湾、钓鱼岛及马来半岛、印度尼西亚、日本等地。大帛斑蝶飞行缓慢,姿态优美,常在空中乘气流滑翔旋转,故而也被称为“纸风筝蝴蝶”。

大帛斑蝶

(图源:bramanswanderings.com)

大帛斑蝶的蛹同样闪着金灿灿的光芒,蛹上还有许多精致的黑色圆点图案,不过,随着蛹羽化成为成虫,空荡荡的外壳就失去了往日的光彩,变得不再耀眼。

大帛斑蝶的黄金蛹

(图源:animal.photos)

比起上面两位,帝王蝶(Danaus plexippus)的蛹就显得低调了许多。

尽管名字霸气侧漏,但帝王蝶的蛹并非通体金黄,而是在蛹的上方镶嵌着一条“金边”,也有人会将这条金边称作是帝王蝶的“王冠”。除了闪耀的“王冠”,帝王蝶蛹上还有一些零星的“金点”,可以说是低调和奢华兼具了。

帝王蝶的蛹

(图源:bugguide.net)

看完了这么多金色的虫蛹,大家是否会好奇一个问题:蝴蝶们靠什么给自己的蛹穿上了金色的衣裳?

点蛹成金的奥秘

对于上面的问题,不同的蝴蝶有着不同的答案。

具体而言,帝王蝶通过色素来进行“点蛹成金”的高端操作,而塔晓绡蝶则是依靠“结构色”来让自己的蛹身披黄金甲,所以它们俩的蛹,虽然都有金色,但具有各自的特点。

咱们先从帝王蝶蛹上的“王冠”谈起。

早在上世纪七八十年代,科学家们就已经按捺不住自己的好奇心,对帝王蝶进行了相关研究。他们通过观察发现,帝王蝶的蛹化为成虫后,蛹壳上的金边依旧存在,而且无论从什么角度看,这种金黄色都始终如一,这一现象表明蛹上的金色可能是由色素积累导致的。

帝王蝶的蛹壳上依旧存在金边

(图源:natureshealingimages.com)

那么,在自然界中,什么色素的颜色最接近这种黄色呢?大家可能也猜到了,是类胡萝卜素,秋天叶片从绿变黄就是它们的功劳。研究发现,帝王蝶的幼虫会从啃食的植物中获取类胡萝卜素,当幼虫化成蛹时,“王冠”位置的表皮和角质层会积累更多的类胡萝卜素,使得这些区域呈现出黄色。这种由色素积累导致的颜色被称为色素色,色素并不能一直稳定存在,所以在过了一段时间后,帝王蝶蛹的金边也会逐渐黯淡。

因此,当科学家们用不含类胡萝卜素的人工饲料喂养幼虫后,它们所化的蛹也就失去了那条闪耀的“金边”,蛹上的那炫目的金色不见了,取而代之的是璀璨的银色。

值得一提的是,帝王蝶蛹上的“王冠”通常在蛹形成的24小时后才会闪闪发光,科学家们认为类胡萝卜素只是赋予了“王冠”颜色,闪光则是因为蛹在硬化的过程中会形成特殊的突起状结构,可以反射光线,让“王冠”闪闪发光。

帝王蝶蛹上的突起状结构

(图源:参考文献)

相比于帝王蝶,塔晓绡蝶则采取了另外一种策略。它们并不充当色素的“搬运工”,而是凭借着蛹表明那精细的结构来产色夺目的色彩。

大家应该都见过金龟子,它们的外壳并不像看起来那么光滑,而是由多层周期性排布的结构组成,这些结构会引发散射、衍射等光学现象,产生所谓的“结构色”。

金色圣诞甲虫

(图源:biologiavida-oficial.blogspot.com)

塔晓绡蝶等虫蛹通体金黄的蝴蝶,它们蛹表面的金色就不涉及色素的积累,而是通过角质层中的特殊结构产生颜色。这些看起来薄薄的角质层其实并不是一层,而是由许多致密层(图中的D层)和透明层(图中的C层)交替堆叠而成,光线在这样的结构中会反射出金属般的光泽。

虫蛹角质层微观结构

(图源:参考文献)

但是当蛹化为成虫之后,蛹皮会变得干燥,这时候C层就会消失,所以咱们看到的蛹皮就会变得透明,失去了往日的炫丽。

话说回来,金色的蛹确实好看,但是在咱们眼里,金色实在太过显眼,这不是会让虫蛹处于危险的境地吗?

其实不然!蝶蛹可是隐藏着蝴蝶们的大智慧~

蝶蛹里的智慧

咱们眼里那些成功伪装的虫蛹应该是完美融入环境的,事实上很多蝴蝶的虫蛹确实也是这样做的。

举个例子,鹤顶粉蝶(Hebomoia glaucippe)的蛹就像一片翠绿的叶子,要是不细细分辨,压根就看不出来这是个虫蛹。

鹤顶粉蝶的蛹

(图源:butterflycircle.com)

有装树叶的,那自然就有伪装成树枝的,不得不说,斑凤蝶的蛹和枯枝几乎融为一体,要不是蛹腰部上那根“保险丝”,大家能认得出来这是一个虫蛹吗?

斑凤蝶的虫蛹

(图源:butterflycircle.blogspot.com)

相比于这些伪装高手,那些闪闪发光的虫蛹又是怎么来保护自己的呢?

对于这个问题,一般有两种看法。一种看法认为它们同样是为了伪装自己,闪亮的蛹就像叶片或者树干上的一滴水滴。又或者,闪亮的蛹可以像镜子一样倒映周围的景色,让自己不容易被天敌发现。有研究发现,荨麻蛱蝶的蛹在正常情况下是金色的,但如果它们的幼虫在发育的重要阶段被暴露在白色的背景下,那它们的蛹就呼应背景变为银色。

另一种看法则认为,金黄的底色加上黑色的斑点在自然界中常被作为警戒色,像大帛斑蝶这样的蝴蝶的蛹就是黄底带黑点的,它们或许是想告诉捕食者们,不要靠近我。

大帛斑蝶的蛹看多了确实挺渗人的

(图源:animal.photos)

所以,你觉得虫蛹身披黄金甲更可能是因为什么原因呢?

(注:文中拉丁文部分应为斜体)

参考文献:

Rothschild, M., Gardiner, B., & Mummery, R. (1978). The role of carotenoids in the “golden glance” of danaid pupae (Insecta: Lepidoptera). Journal of Zoology, 186(3), 351-358.

reflectors in the golden pupae of danaine butterflies. Proceedings of the Royal society of London. Series B. Biological sciences, 226(1244), 367-390.

Neville, A. C. (1977). Metallic gold and silver colours in some insect cuticles. Journal of Insect Physiology, 23(10), 1267-1274.

Steinbrecht, R. A. (1985). Fine structure and development of the silver and golden cuticle in butterfly pupae. Tissue and Cell, 17(5), 745-762.



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