恐龍究竟是啥顏色？原來大家一直在瞎猜

前幾天，我的小外甥不知道從哪裡搞到一個專門給恐龍塗色的APP，塗了個花花綠綠的恐龍給我看，然後問我：舅舅，你看這個恐龍美不美？

在違心地誇獎小外甥之餘，我不禁陷入了沉思：我們復原了那麼多恐龍骨架，推斷出各種恐龍的外形，類似《侏羅紀公園》的電影里也有很多震撼的鏡頭。但我們看到的恐龍的顏色究竟是怎麼來的？難道這只是純粹的藝術想像？

為此，我做了一番功課，發現這個問題還真沒有那麼簡單。

什麼是顏色？

當我們討論顏色，其實討論的是可見光。對人類來說，可見光就是波長在400納米到700納米之間的光，不同的波長會呈現不同的顏色。

那麼自然界是怎麼產生顏色的呢？有兩種途徑。

第一種是色素。色素是一種能夠選擇性吸收特定光線的化學物質。例如植物的葉子看上去是綠色，是因為葉片中的葉綠素分子將光譜中的紅光和藍光全部吸收了，所以反射出來的光線就剩下綠色和黃色被我們看到。

植物中最常見的色素就是葉綠素，但是在動物中最常見的一種色素是黑色素。我們頭髮的黑色、菌類的棕色、鳥類羽毛的暗黑色，都是來自於此。另一種常見的色素是類胡蘿蔔素。植物中比較多，但是很多動物在日常飲食中也攝入了大量類胡蘿蔔素，它們用它來給各種組織「染色」。比如主紅雀（也叫「紅衣主教」，美國東海岸常見的一種鳥類），其紅色羽毛就是由於它們的飲食結構中包含水果和漿果。

第二種產生顏色的途徑則完全不同，叫結構色。結構色完全不使用色素，而是會有許多在納米級尺度上非常複雜的組織結構——和光線的波長一個數量級。因此，這些結構會影響光線通過生物組織的路徑。於是這些生物可以濾掉特定波長的光線併產生強烈的顏色。事實上結構色是我們從自然界中發現的最明亮也最濃烈的色彩。

古生物的顏色該怎麼推斷？

化石肯定是研究古生物顏色的一手資料。但化石這種東西，對於非專業人士而言，看上去都是黑乎乎的一坨，色素分子也根本無法存在這麼久而不被破壞，所以，在千萬年的時光面前，「美色」毫無力量。這也是為什麼關於化石顏色研究的文獻非常之少，十多年前才有第一篇關於化石顏色研究的文獻發表，直到最近，判定史前生物的顏色才變得有那麼一點兒可能。

聯想到化石，大部分人的第一反應就是堅硬的牙齒和骨骼。但事實上，動物的某些軟組織，比如皮毛、肌肉組織和內臟等等，也是能夠通過化石保存下來的。當然，這種化石非常稀有，畢竟黏糊糊的東西通常很快就腐爛了。

但對於愛爾蘭科克大學的古生物學家瑪利亞·麥克納馬拉（Maria McNamara）來說，這就是她一直在尋找的東西。她通過研究昆蟲和脊椎動物的組織來預想，這些生物會是什麼樣子，它們如何同它們生活的環境交互——它們的天敵、棲息地和交配習慣是什麼等等，並在此基礎之上，進一步對古生物的顏色進行儘可能科學地推斷。

什麼樣的顏色，或者什麼樣的結構，

是能夠通過化石來研究的呢？

前面提到，產生顏色有兩種機制，一種色素，一種是特殊結構。很顯然，色素分子難以保留，所以一開始，麥克納馬拉研究的是昆蟲化石中的結構色。她從尋找金屬色的昆蟲開始，這些昆蟲呈現出明亮的藍色、紅色、綠色和黃色，但是沒人知道為什麼——僅僅只有一項研究分析了單個甲蟲的一個碎片。

而麥克納馬拉與合作者們研究了不同化石聚集地的大約600種昆蟲化石，他們獲取了這些化石的樣本。他們發現，不管是什麼物種，所有這些有色昆蟲的結構都產生於同一種結構，他們稱之為「多層反射器」。從顯微鏡觀察，這種結構看上去像是一個三明治，有大量很薄很薄的層狀結構，這些層狀結構厚度大概只有100納米。許多現代昆蟲在甲殼中也有這樣的結構，層數越多，所顯示出的顏色也越亮。

但奇怪的是，600多種昆蟲，居然都是同一種結構，為什麼沒有發現其他的結構呢？

比如三維光子晶體，一種很小、很複雜的層狀結構，能夠與光子相互干涉。這種結構也許會被擰成金剛石結構、立方體結構、六方晶結構，甚至更複雜的結構。許多昆蟲中都存在這種結構。例如大閃蝶，就是一種很漂亮的藍色熱帶蝴蝶，其翅膀上的鱗片中就有這樣的三維光子晶體結構。但麥克納馬拉的團隊在研究中卻從來沒有發現這一結構。

她們做了一些化石化的實驗（俗稱埋葬學，是研究古生物死亡後埋葬規律的學科）。研究內容涉及生物遺體的搬運、堆積、埋葬以及之後的成岩、風化、剝蝕等等。她們重複了化石化的過程，讓多層反射器和三維光子晶體在化石化過程中同時退化，發現這兩種結構都能夠保存下來。因此，三維光子晶體是可以通過化石保存下來的，這種結構一定能在化石中找到記錄。

於是她們推斷，肯定有一些化石之中，存在著除了「多層反射器」以外的其他結構。幾年前她們開始尋找這樣的化石，並且成功發現了第一例存在三維光子晶體的昆蟲化石。她們所發現的樣本，其尺寸極其微小。因此，在之前的化石中很可能也存在這種結構，只是被忽略了。

通過化石推斷出的結構色靠譜嗎？

答案是不完全靠譜。

麥克納馬拉一開始假設，上面那些結構的化學性能和現代昆蟲中的相同結構的化學性能是一樣的，也就是說它們對光線的扭曲程度也是一樣的。

她們利用計算機對這些結構進行了建模，並導入了初始參數，結果發現並不是這樣，這些結構會在化石化的過程中發生改變，也就是說化石化的過程會改變生物組織的微觀結構，所以根據化石結構所推斷出的顏色並不一定是原本的顏色。

通過這些實驗，麥克納馬拉還發現，這種變化是由於極高的壓力以及恆定的溫度帶來的。並且，溫度的影響更為顯著，因為溫度會讓這些微小的結構收縮。

通過化石來推斷顏色還有一個問題。目前為止，很多研究都是通過研究鳥類或者恐龍的羽毛來進行，這些羽毛化石都處於碳化壓縮的狀態：被保存在沉積岩中，然後在巨大的壓力下形成化石。

如果觀察主紅雀的羽毛：它看起來是紅色，但是在內部，其實同時存在類胡蘿蔔素和黑素體。然而，經過化石化這樣一個過程，類胡蘿蔔素會降解，只剩下黑素體，於是如果你沒有見過主紅雀，只見過它的化石，你就會以為主紅雀是黑色的，你根本不會知道它其實是紅色的。

所以，儘管我們根據鳥類或者有羽毛的恐龍的化石，對它們進行了重構，但是這些很可能並不像我們以為的那樣，能夠代表這些生物的顏色。如果你在化石中發現了黑色素存在的證據，它可能只表明有某種圖案，而並不代表真正的顏色。

並非所有化石都適合用來研究顏色

眾多化石中，只有磷酸鈣化石是最佳的研究對象。在2016年的一次研究中，麥克納馬拉的團隊發現了一條保存在磷酸鈣礦物中的蛇，那條蛇的整個蛇皮都被保存在磷酸鈣中。磷酸鈣的優點是它幾乎能夠保存任何東西，整個蛇皮的全部色素都得到了保留，他們發現了三種在現代爬行物種中也能發現的色素。並且這個化石還保留了結構色：紅色和黃色，以及某些暗色。

所以，磷酸鈣化石几乎能夠「鎖住」任何東西，是理想的研究對象。如果有盆友發現這樣的化石，恭喜你撿到寶了。

恐龍究竟是什麼顏色？

麥克納馬拉團隊通過對大量有羽毛恐龍的研究，發現了黑色素，並且這些黑色素有被其他色素影響的痕迹。但那些色素並沒能被保留下來。

如果我們能夠獲得保存得很好的恐龍皮膚，將能夠更好地還原顏色細節。但問題在於，大部分的恐龍皮膚保存下來只剩了一些印痕。目前也有一些樣本，可以得到一點薄薄的有機組織或者礦化膜，但相關的研究相當之少，更別說給出色素的具體細節了。所以，我們目前仍舊無法確定恐龍的顏色。

但十年之前，我們還根本不知道化石能夠保存顏色信息——與之相關的研究只有一個，還不怎麼為人所知。而12年前，也沒人認為研究史前生物的顏色其實是可能的。

目前，已經有一些新工具可以進一步幫助我們研究古生物的顏色。比如有好幾種質譜分析技術可以只看錶層的色素分子，而不是整個物體所有的色素。還有很多化學技術可以製造黑素體分子斷片，這樣你就不會將它們與其他東西搞混。同時，人們也在研究化石中的無機化學過程，並且試圖還原關於顏色的相關證據。

因此，儘管漫長的時光會湮滅原本「光彩奪目」的信息，我們還是有希望看到很多古生物可能的樣貌——哪怕只是其中很微小的一部分。

作者：Rachael Lallensack

編譯：Bearkiii

編輯：EON、odette

編譯來源: Smithsonian, How Do Scientists Know What Colors Prehistoric Animals Were?

譯文版權屬於果殼，未經授權不得轉載.

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