變色龍的新把戲—骨頭裡的螢光訊息
■過去變色龍因特殊的眼睛（可看到360度，無死角）與視覺溝通（皮膚變色）而聞名；如今，牠將再度因為能使用螢光（fluorescence）而震驚爬蟲界。
撰文｜莊宇真
俄國的知名短篇小說家契訶夫，曾寫了一篇名為《變色龍》的小故事，描寫一位執法者因為不敢得罪高官而反覆改變說詞的荒謬情境，十分有趣。現在我們也會把「變色龍」當作形容人的特質，通常是指那種會因為環境而快速改變的人。
而在真實世界裡的變色龍（chameleons），則是以能夠快速改變皮膚顏色花紋而聞名。變色的原因包括為了不被掠食者發現、或是與同類溝通（競爭、表達情緒、社交功能）等。變色龍的此種特異功能也引發科技研究者的興趣，不少電子變色產品的研發，例如：按壓變色的電子皮膚1,2等，就是以牠的變色機制做為靈感。
變色龍之所以能如此快速的變色，主要歸功於皮膚裡的虹彩色素細胞（iridophore），這種細胞同時含有色素，也有不同大小尺寸與排列方式的鳥嘌呤（guanine）奈米結構。當變色龍受到光線、情緒等刺激時，只需要緊繃或放鬆皮膚，就可改變細胞內鳥嘌呤的結構，進而改變光線折射，使皮膚顏色快速改變3,4。
不過，變色龍的特異功能似乎不只是如此。德國的研究團隊發現，變色龍的頭部與臉部在紫外光照下有發光的情形；而這些亮光，是來自骨骼、並顯現在皮膚的螢光（fluorescence）。
螢光實際上不是真正的「發光」，與一般我們所知道的「生物發光」（bioluminescence）並不相同（例如：螢火蟲、藍眼淚等）5。螢光是「光致發光」（因為光照所產生的光，不是本身發光）的物理現象；在生物體，通常是因為具有一些特殊的蛋白質分子，這些分子在吸收高能量光線（例如紫外光、藍光）後，能夠瞬間轉換為較低能量的光（如綠、黃、橙、紅色光等）6。
生物螢光的現象在海裡十分普遍，陸地生物則較少相關紀錄，主要是因為白天在紫外線照射下，即使有生物螢光產生，人眼也無法觀察到。透過在夜間帶著紫外光源進入叢林，科學家發現像是蠍子與某些蜘蛛，在紫外光照下會產生螢光。其他還有鸚鵡的羽毛、樹蛙等，也都有生物螢光的發現6。有關陸地生物的生物螢光，目前仍屬於方興未艾的研究領域。
研究團隊使用紫外光源，分別對160個來自馬達加斯加Calumna屬的31種變色龍樣本、165個來自馬達加斯加與非洲Furcifer屬的20種變色龍樣本、以及棲息地裡實際生活的變色龍進行攝影。接下來再使用微電腦斷層掃描（micro-computed tomography, micro-CT）的3D X光造影技術，將紫外光下攝影中的光點，與骨頭上突起的結節（tubercles）進行比對，發現螢光的源頭是來自骨頭上的結節。
在紫外光照下，幾乎所有種類的變色龍，都會在皮膚上出現藍色的斑點。多數是出現在頭臉部，也有部分出現在身體的（如下圖）。根據研究團隊推測，這些斑點之所以呈現藍色，是因為由變色龍薄薄的外層皮膚扮演了濾鏡的功能，進而調節螢光的波長。
薄薄的皮膚延展覆蓋在骨頭結節外，讓紫外光能夠進入碰觸到骨頭，激發螢光後並反射回到皮膚表層。研究團隊推測，變色龍的棲息地屬於陰涼潮溼的叢林，像這樣間歇地發出可見螢光，可在不驚動掠食者的情況下，與其他變色龍之間進行溝通連繫。
這也說明了，為何這些螢光點大多集中在頭部與眼睛周圍。過去研究發現，這對變色龍的視覺溝通而言，是非常重要的區域。一般而言，雄性變色龍在螢光點的分布比雌性顯著，因此雖然目前還無法清楚得知變色龍使用螢光的目的，但此證據說明這可能與性別有關。
生物螢光在陸生脊椎動物的比例很可能被低估了；也就是說，有生物螢光的陸生動物，很可能遠多過我們目前所知的。另外，生物螢光對動物而言是否具有實質功能？如何從演化觀點解釋？這些都還屬於未知的領域。如同研究團隊所說的，這個研究或許還不能說明什麼，但對於陸生動物的生物螢光研究而言，是值得期待的精彩開端！
參考文獻：
- Chameleons' Secret Glow Comes from Their Bones
- Widespread bone-based fluorescence in chameleons
- 賴婉婷、歐陽盛菊、歐陽盛芝（2017年4月3日）。『臺博新知』：電子皮膚仿生安班加豹變色龍。取自國立臺灣博物館blogspot。
- Chou H-H., et al. (2015). A chameleon-inspired stretchable electronic skin with interactive colour changing controlled by tactile sensing. Nature Communications 6, Article number: 8011
- 賴婉婷、歐陽盛菊、歐陽盛芝（2017年3月13日）。豹變色龍變色機制啟發新型仿生變色材料。取自科技大觀園網站。
- Teyssier J., et al. (2015). Photonic crystals cause active colour change in chameleons. Nature Communications, 6, Article number: 6368.
- 鄭明倫（2017）。照亮生命科學的地球微光（一）生物發光。國立自然科學博物館館訊，第358期。
- 鄭明倫（2017）。照亮生命科學的地球微光（三）生物螢光。國立自然科學博物館館訊，第360期。
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作者：莊宇真，畢業於交通大學科技法律研究所，
