黄金蛹为什么是金色的？
来源： 科普中国 发布时间：2022-09-19
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.
出品：科普中国
作者：evee（北京大学生命科学学院）
监制：中国科普博览
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