生物的结构色可以从食物、疾病等途径获得吗?

广町七深Official,若我生性如蜂,谨防我尾后针。

能的。

图源 iNaturalist

看看这只美丽的蓝色球鼠妇。众所周知,真正能产生蓝色的色素在自然界并不常见,因此绝大部分的蓝色动物都拥有结构色,这只鼠妇也不例外。但是,一只生活在阴暗落叶层中的甲壳动物为什么要呈现出如此绚丽的颜色呢?实际上,这蓝色并不是它“自愿”产生的。

它感染了一种病毒,等足目虹彩病毒 Invertebrate iridescent virus 31,简称 IIV-31,有时也称为Iridovirus armadillidium-i

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这种病毒是一种大型双链 DNA 病毒,与疱疹病毒、猪瘟病毒等类似。受感染个体的尸体、排泄物、体液等被健康个体摄入都会导致感染,病毒会通过消化道来到血腔内部。由于节肢动物缺乏封闭的循环系统,病毒可以较为容易地扩散,它们的目标主要是脂肪组织。

病毒衣壳表面的蛋白与细胞膜受体结合,进而通过胞吞进入细胞内部。它将遗传物质送入细胞核进行转录、复制,同时在细胞质内诱导形成“病毒工厂,”在这个生物膜结构内完成衣壳的组装、关键蛋白质的插入和遗传物质的包装。

当复制进入晚期时,成千上万病毒颗粒聚集在细胞质内的工厂中。由于虹彩病毒颗粒较大,它们会很快达到近密堆积状态,同时它们的二十面体外形使其可以在细胞中形成高度规则、周期性的排列。有趣的光学反应在此时发生。

虹彩病毒在细胞内极其有序的排列。图源网络

我们首先要了解一个光学概念:布拉格反射,也就是“当电磁波(通常是光)入射到周期性结构时,在特定角度和特定波长上产生强烈的相干增强反射现象。”其表达公式为:

,也就是根据周期性结构的间距(d)和观察角度(准确来说是结构表面与光线间的角度,θ),会产生特定的颜色(波长,λ )的结构色。n 是衍射级数,自然条件下通常取 1。多种生物的结构色都与其有关,例如闪蝶的鳞片、孔雀的羽毛。

虹彩病毒的颗粒直径约为 150-180nm,在细胞中堆积时的结构间距约为 200–240nm。根据生物组织折射率(1.35–1.45 左右,需要乘在公式左边)、观察角度的不同,可以推测出观测产生的结构色的波长约为 350-450nm,呈现蓝紫色。

这只鼠妇更接近紫色,寄主本身的光学性质也会影响最终成色。图源 iNaturalist

虹彩病毒感染程度越高、在细胞内浓度越大,产生的颜色也就越明显。因此,产生鲜艳蓝紫色的寄主通常都是病入膏肓者。寄主的身体会在病毒的摧残下逐渐衰竭,最终留下一具蓝紫色的尸体。

与等足目虹彩病毒同属的还有 6 型无脊椎动物虹彩病毒,Invertebrate iridescent virus 6,简称 IIV-6,学名Iridovirus chilo1,它能够以类似的方式感染超过七个目的昆虫,并在它们身上形成相似的结构色。

被感染的白蚁,图源 iNaturalist
埃及伊蚊 Aedes aegypti 幼虫,图源网络

在它所属的Betairidovirinae 亚科下,还有几个其他的属攻击无脊椎动物,例如主要感染双翅目幼虫的Chloriridovirus由于它们的病毒颗粒较大,因此会呈现黄绿色结构色。以及DaphniairidovirusDecapodiridovirus感染多种甲壳动物,有时会形成类似的蓝紫色结构色。

一只被感染的镖水蚤,感染桡足类的虹彩病毒似乎倾向于使附肢呈现结构色。图源 iNaturalist