本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
这种漂亮的小小的熔金甲虫最近在互联网上广为流传,因为它不仅看起来与地球上任何东西都不一样,而且还可以完全改变颜色。而且当它变色时,也同样漂亮。
这就是金龟 (Charidotella sexpunctata,以前称为 Metriona bicolor),一种微小的金属北美昆虫,属于叶甲科 Chrysomelidae,其中包括跳蚤甲虫、天门冬甲虫和天牛。金龟,俗称“金虫”,体长约 5.0 至 7.0 毫米,喜欢食用甘薯和牵牛花等食物。
30 多年前,金龟成为第一种已知在交配过程中能够快速变色的昆虫物种。它们在受到捕食者干扰或惊动时也会这样做。从那时起,人们发现其他种类的龟甲,例如巴拿马龟甲 (Charidotella egregia),也具有相同的能力。可逆的颜色变化非常罕见,但在昆虫中并非闻所未闻——在澳大利亚,蜻蜓属 Austrolestes 和 蚱蜢属 Kosciuscola 的雄性成员可以由于温度变化而从黑色变为亮蓝色。然而,使变色龟甲与众不同的是,颜色变化是由它们控制的,以响应环境中的特定事件,例如被好奇的人类戳到或偶然遇到愿意交配的伴侣。
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1979 年在《鞘翅目昆虫学家公报》上发表文章,乔治城大学生物学教授爱德华·M·巴罗斯描述了他对金龟的交配和颜色变化进行调查的结果。巴罗斯从华盛顿收集了一堆龟甲,并将它们放在实验室的培养皿中,喂养它们、繁殖它们并观察它们的性习性。他不仅发现金龟的交配可能持续 15 到 583 分钟,而且还观察到它们在交配开始后两分钟内就会变色。那些最初是亮金色的甲虫会变成带有黑点的金色橙色,然后变成带有黑点的棕橙色,而那些最初是暗淡橙色的甲虫会变成金色。当巴罗斯轻轻地将甲虫夹在手指之间并施加压力时,也发生了同样的变化。其他报告称,这些甲虫在交配或激动时会从金色变为闪闪发光的红色。
金龟及其亚科中的其他一些物种能够变色是由于一种光学错觉。巴罗斯注意到,之前其他科学家对金龟颜色的观察结果差异很大,从棕色和紫色到亮橙色或金色不等。“Metriona bicolor 有时在野外看起来呈绿金色,其颜色的亮点可能与来自其基质和其他附近物体的反射光有关。此外,根据视线的倾斜度,颜色从金色变为绿色甚至蓝色,”他在论文中写道。
2007 年,比利时纳穆尔大学的研究人员发现了这种错觉是如何产生的,他们研究了巴拿马龟甲非常相似的金变红的颜色变化。使用扫描和透射电子显微镜,他们看到这些甲虫的透明外壳包含一个三层结构,每一层都由几层紧密堆积的层组成,这些层覆盖着纳米级凹槽的斑块。这些层从底部最厚到顶部最薄,在它们下方是一层液态红色颜料。当纳米凹槽充满红色液体时,它们会使这些层表面光滑,从而完美地反射光线,使巴拿马龟甲呈现出金属般的金色外观。研究人员在《物理评论 E》中报道,当红色液体从凹槽中排出时,作为对诸如激动或交配之类的刺激的响应,它“破坏了外壳的光学特性”,从而“无阻碍地看到了更深层的、有颜色的红色基质”。金龟设法改变颜色并根据它们暴露在光线下而呈现不同外观的方式可能与巴拿马龟甲的做法有关。
关于这些甲虫为什么会以这种方式变色,人们知之甚少,但巴罗斯认为这与防御和/或性信号有关。他认为,对于那些从暗淡和斑点状变为金色的甲虫来说,它们可能是在向异性发出信号,表明它们已准备好交配,因为在他的实验中,那些未成熟到足以产生金色着色的甲虫没有交配。他还认为,金色的金属质感可能会使鸟类更难看到它们,这是由于眩光造成的。巴罗斯还认为,对于那些从金色变为橙色和斑点状的甲虫来说,它们可能是在模仿瓢虫,为它们提供了一种“人多势众”的防御形式,因为鸟类无法分辨出它们之间的区别。即使对于那些从金色变为橙色而没有任何斑点的金龟来说,情况也是如此,因为在某些栖息地,巴罗斯发现它们与无斑点瓢虫 (Cycloneda munda) 并排生活。当他在实验室中测试了一只以前从未接触过这两种昆虫的鸟时,这只鸟发现金龟很美味,但无斑点瓢虫却很难吃,因此,也许这种颜色变化是我们在 Heliconius numata 蝴蝶中看到的 贝茨拟态的例子,其中一个物种模仿另一个不同的、味道不好的物种,以欺骗捕食者让它们独自离开。
哦,我有没有提到金龟的幼虫通过将旧皮和粪便物质粘在它们的肛叉上(也称为粪便阳伞)来形成盾牌以保护自己?一个有肛叉的东西怎么会如此漂亮?
对于类似漂亮的昆虫,请查看 Ferris Jabr 关于半透明宝石毛虫的帖子。它们令人难以置信。