每年夏天，大量的明黄色蜻蜓会变成鲜艳的猩红色飞行者。在这种引人注目的转变背后，科学家们发现了一个简单的化学反应，其精妙程度与这场视觉盛宴本身不相上下。
这项发现——由日本的一个生物学家团队完成——揭示了这种色彩变化背后的色素和机制，他们在一项昨天发表在《美国国家科学院院刊》上的研究报告中描述了这一过程。
“因为蜻蜓是昼行性的 [白天活动]，并且视觉比嗅觉或听觉更好，所以身体颜色对于伴侣识别至关重要，”主要作者、日本国家先进工业科学技术研究所的生物学家Ryo Futahashi说。从小就对蜻蜓着迷的Futahashi解释说，尤其是红色蜻蜓在日本具有强大的文化意义。它们的成熟时间与夏末相吻合，使它们成为流行的秋季诗歌象征。
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Futahashi和同事研究了两个蜻蜓属，Crocothemis 和 Sympetrum，其中雄性在达到性成熟时会从明黄色变为猩红色。除了日本，在欧洲、非洲、亚洲、澳大利亚和北美洲的各个地区也可以观察到这两个属的蜻蜓。它们的颜色转变——被生物学家称为婚配着色——表明雄性正在寻找配偶。这种转变还有一个额外的好处：幼年雄性免于领土争端的艰辛。成熟的雄性将黄色的幼年蜻蜓视为无威胁而不予理睬。
为了准确破译导致这种变化的原因，科学家们从六个物种中收集了标本。通过收集和分析这些蜻蜓腹部的表皮样本，他们确定了颜色来源是蝇色色素，这种色素负责许多昆虫和甲壳动物的颜色。
接下来，他们通过将溶液微量注射到活蜻蜓的腹部来化学诱导颜色变化。他们发现该机制的核心是一个简单的化学氧化还原反应。在氧化还原反应中，化学成分的电荷通过氧化变得更正，或通过还原变得更负，分别去除或添加电子。注射抗坏血酸（维生素 C）会引发还原反应，从而将黄色蜻蜓转化为红色。注射亚硝酸钠，导致氧化，会逆转这种效果。
研究人员观察到，通过还原，他们不仅可以将未成熟的雄性变为红色，还可以将雌性转化为猩红色调。在野外，具有雄性和雌性特征的雌雄同体蜻蜓在成熟时会显示出红色和黄色的斑驳图案。这些观察结果使研究人员怀疑，在细胞水平上起作用的激素线索会触发成熟雄性的还原反应。
Futahashi推测，这种变化甚至可能带来额外的好处。成熟雄性改变的氧化状态实际上可能具有额外的抗氧化保护作用，提供针对太阳紫外线辐射的天然防御。他补充说，这是首次在昆虫的这种颜色变化背后发现氧化还原反应——尽管类似的反应发生在成熟的水果（如西红柿）中。
加州大学戴维斯分校的昆虫学家Bruce Hammock说：“蜻蜓是那些因多种原因吸引自然学家的神奇动物之一，包括它们的空中杂技和引人注目的颜色——这种颜色在大多数博物馆标本中都会消失。”Hammock并未参与这项研究。Hammock研究了美国鸟类蚱蜢中类似的化学变化。他称赞这项研究的设计精妙，从基本的观察开始，通过实验探索，并结合了复杂的化学技术。
Futahashi认为这项研究既是对一个长期存在的问题的解释，也是许多其他问题的起点。他希望解释Orthetrum蜻蜓和Ischnura豆娘属中分别出现的黄变蓝和红变绿的颜色变化。他目前正在通过基因分析来研究这种变化背后的分子机制，并相信他可能会注意到不同物种和性别之间在色彩视觉方面存在显着差异。当蜻蜓在今年夏天飞向天空时，Futahashi及其同事的工作将为雄性的深红色展示增添一层新的意义。