batrachospermum (batrachospermum) wrote,
batrachospermum
batrachospermum

Categories:

В погоне за ископаемым цветом

Эволюция всего происходит от черно-белого к цветному. Зрение сначала базировалось на различении лишь света и темноты, как у простейших организмов (пример – глазок, или стигма, эвглены зеленой), потом появились специфические фоторецепторы – колбочки, воспринимающие световые волны различной длины. Первая цветная фотография была сделана в 1861 году, ей предшествовали десятилетия черно-белых снимков (с 20-х годов XIX века). Кино появилось в 1895 году, и только спустя 40 лет стали выходить цветные фильмы. Телевидение тоже не сразу цветным стало – в 50-х годах XX века. Даже негры стали «цветными» лишь с середины XIX века – впрочем, они не перестали быть «черными», и по сей день являясь черно-белыми и цветными одновременно, и в этом парадоксальная сущность негров.


Anchiornis huxleyi, живший в Китае 161 млн лет назад, стал первым динозавром, для которого ученые смогли вычислить полный окрас оперения. Иллюстрация: Michael DiGiorgio / Yale

В черно-белые эры всех эволюций оставалось лишь гадать, домысливать натуральные цвета предметов на фото- и видеоизображениях, и даже эвглену порой одолевают сомнения, а действительно ли она зеленая. Примерно в таком же положении до недавнего времени были палеонтологи – сказать наверняка, какой окрас был свойствен вымершим животным, было невозможно, поскольку в костях не записана информация о цвете кожи или роговых покровов. Все реконструкции поэтому основывались исключительно на фантазии авторов и здравом смысле.

О чем рассказали сосисочки динозавров

Но дело сдвинулось с мертвой точки в 2008 году, когда в окаменелых перьях нижнемеловой (около 100 млн лет назад) птицы из Бразилии датчанин Якоб Винтер, в ту пору аспирант Йельского университета (США), идентифицировал меланосомы – клеточные органеллы, содержащие меланины и другие пигменты (Vinther et al., 2008). Точнее, это были их каркасы, образованные застывшими меланинами после разрушения самих органелл. Эти «сосисочки» ученые раньше принимали за древние бактерии, жующие перья несчастной птицы. Но что за привереды были эти бактерии, если их находили исключительно на темных участках перьев? Точку поставил сравнительный анализ с привлечением перьев современных птиц – на их темных участках тоже обнаружились «сосиски», и это были меланосомы.


Древнее перо (слева) и перо современного дятла (справа). По краям – увеличенные изображения их темных и светлых участков, на верхних фотках видны меланосомы. Иллюстрация: Jakob Vinther / Yale

Поскольку пигментация меланосом и их форма связаны друг с другом, то по форме древних меланосом можно понять, какая окраска была присуща тем или иным участкам ископаемых перьев или щетинок-протоперьев. Конечно, с разумным допущением, что меланосомы со временем не особо деформировались.

И вот уже в начале 2010 года в журнале Nature вышла статья с результатами первой реконструкции такого рода (Zhang et al., 2010). Учеными был восстановлен фрагментарный окрас древней птицы Confuciusornis, а также динозавров Sinornithosaurus и Sinosauropteryx, живших в Китае в меловом периоде, примерно 125 млн лет назад. У первых двух под микроскопом обнаружились вытянутые эумеланосомы, отвечающие за черно-серый цвет, и округлые феомеланосомы, обеспечивающие рыжевато-коричневые оттенки. У синозавроптерикса в щетинках были найдены только феомеланосомы.


Confuciusornis sanctus мог напоминать окрасом современную зебровую амадину. Иллюстрация: Juan Carlos Alonso


Sinornithosaurus millenii в Канадском музее природы в Оттаве. Реконструкция была создана задолго до научных работ о его окрасе, подтвердивших, что рыже-коричневые, желтые и черно-серые оттенки были рассыпаны по разным частям тела терапода. Фото: Hectonichus


Sinosauropteryx prima на голове, спине и хвосте несли щетинки-протоперья с феомеланосомами. Где органелл больше – там динозавры были рыжее, а где они отсутствовали – вероятно, было белым-бело. Хвосты, например, были полосатыми, утверждают ученые. Иллюстрация: Chuang Zhao, Lida Xing

В принципе, даже не имея окаменевшего пигмента, можно судить о его былом присутствии по характерным химическим элементам. Например, могущественные рентгеновские лучи позволили другой группе ученых обнаружить медь в окаменелых останках древних птиц, включая конфуциусорниса (Wogelius et al., 2011). А медь может служить маркером эумеланина, и это также является шагом на пути к определению истинного облика древних тварей.

Благодаря новым методикам реконструкции посыпались одна за другой. Первым динозавром, для которого был вычислен цвет оперения на всем теле, стал крылатый Anchiornis huxleyi из Китая юрского периода, 161 млн лет (на первой иллюстрации статьи). По 29 образцам перьев удалось восстановить окрас с точностью 90%, доложила в журнале Science американско-китайская научная группа, включавшая Якоба Винтера (Li et al., 2010), буквально через неделю после публикации коллег о фрагментарной окраске меловых китайских находок. А ежели кто до сих пор сомневался в том, что ученые имеют дело именно с меланосомами, а не с бактериями, то недавно вышла статья, в которой доказано присутствие эумеланина в ассоциации с этими сосисковидными структурами в перьях анхиорниса (Lindgren et al., 2015).


Inkayacu paracasensis – гигантский древний пингвин с бурым брюшком. Иллюстрация: Piotr Gryz

Осенью того же года в издании PNAS было опубликовано описание нового ископаемого вида гигантских пингвинов – Inkayacu paracasensis, который жил в Перу в эоцене, 36 млн лет назад (Clarke et al., 2010). Его окрас исследователям тоже удалось определить: в отличие от современных черно-белых пингвинов значительная часть тела инкаяку была покрыта коричневыми перьями.

Раз уж такие дела, было бы грехом смертным не взяться за определение окраски самого археоптерикса. Тем более что первым для науки образцом его стал отпечаток пера, описанный в 1861 году. Исследовав его, ученые обнаружили эумеланосомы (Carney et al., 2012)! Так что вскоре появились иллюстрации, на которых археоптерикс предстает полностью черным господином, хищно поглощающим вселенские фотоны, хотя в статье в Nature говорилось лишь об отдельных участках единственного пера. Впрочем, позднее с помощью других методов удалось уточнить, что черными перья археоптерикса были только на кончиках и по краям, а основная часть их была светлой (Manning et al., 2013).


Archaeopteryx lithographica не был абсолютно черным телом. Иллюстрация: University of Manchester


Microraptor gui были иссиня-черными и на конце хвоста носили два тонких пера – явно не для аэродинамики, но, возможно, для красоты. Иллюстрация: Jason Brougham / University of Texas

А вот четырехкрылый динозавр Microraptor gui, живший в Китае 125 млн лет назад, оказался черным как смоль, да еще и переливался радужно, как лужа бензина. К такому выводу специалисты пришли на основании того, что его меланосомы по форме и расположению аналогичны обнаруживаемым у современных птиц с блестящими перьями (Li et al., 2012). И поскольку птицы с подобным оперением ведут дневной образ жизни, от гипотезы о ночных охотах микрораптора пришлось отказаться. Возможно, иризация добавляла ему очки, когда доходило до амурных игр. В конце концов, она придавала готичным одеяниям нотку раннемелового гламура – а это стильненько.

Рейвы эоценовой эпохи

Итак, помимо пигментной окраски в итоговое восприятие внешности существенный вклад вносят и оптические эффекты. Интерференция, дифракция, рассеивание волн определяют окраску структурную, и она, как мы убедились на примере микрораптора, тоже может быть выявлена при работе с ископаемыми животными. В том числе и с насекомыми. Так, Мария Макнамара, коллега Якоба Винтера по Йельскому университету в 2011 году, обнаружила на отпечатке древнего мотылька из окрестностей Месселя (Германия) чешуйки с сохранившейся структурой, благодаря которой стало возможным установить, что, живи мы 47 млн лет назад, мы видели бы насекомое вот таким:


Эоценовый мотылек из Месселя, 47 млн лет, реконструкция и исходный отпечаток. Иллюстрация и фото: McNamara et al., 2011

Окраска, в свою очередь, может кое-что рассказать о поведении и образе жизни древних обитателей нашей планеты, особенно если привлечь в помощь современные паттерны. Например, некоторые дневные пестрянки из подсемейства Procridinae, к которому предположительно относился и этот мотылек, накапливают в организме цианиды (соли синильной кислоты), что делает их несъедобными для прожорливых врагов. Своей яркой окраской они предостерегают хищников от покушения, пока мирно сосут нектар или просто отдыхают. Другая функция – маскировка в лесной среде: даже такие ядовитые оттенки мало заметны на фоне листвы. Выходит, подобная бифункциональность у чешуекрылых возникла около 50 млн лет назад, пишут ученые в статье в журнале PLoS Biology (McNamara et al., 2011).

И все-таки ископаемая бабочка вышла уж чересчур яркой по сравнению с нашими современницами. Возможно, мы недооцениваем цветовое разнообразие древней природы и кислотные оттенки в принципе были характерны для нее, по крайней мере в эоцене – этаких «90-х годах» третичного периода. Вполне может статься, что бабочки в ту пору обожали летать на модные рейверские вечеринки и специально отращивали себе крылья кричащих тонов, чтобы привлекать внимание экстази-мотыльков. А компанию им могли составлять жуки из предыдущей работы йельских исследователей:



Что же касается пигментной окраски, Макнамара одно время критиковала методику своего коллеги Винтера (тогда они оба работали уже в Бристольском университете Великобритании). Ее научная группа сымитировала процесс фоссилизации, поместив современные перья в автоклав с большим давлением и температурой, и меланосомы в них скукожились. А значит, реконструкции по ним могут быть неточны (McNamara et al., 2013). Однако скукожились они пропорционально, сохранив форму – а именно она важна для различения меланосом с разными пигментами.

Впрочем, пожелания Макнамары были учтены в новом исследовании Винтера и коллег. Ученые тоже постарались воспроизвести условия фоссилизации в автоклаве и проследили, какие изменения претерпевают в этих условиях молекулы меланинов. Полученные модифицированные меланины сравнили с молекулами, найденными в ископаемых останках, и обнаружили схожие подписи (Colleary et al., 2015). То есть молекулы те – действительно ископаемые меланины, а не испражнения бактерий или еще какая дрянь. И для определения окраски древних существ метод Винтера еще как годится.


Эоценовые летучие мыши Palaeochiropteryx выглядели как их современные родственники. Иллюстрация: Obsidian Soul / Sci-News.com

И чтобы метода не залеживалась понапрасну, ее применили к находкам эоценовых летучих мышей Palaeochiropteryx и Hassianycteris, обитавших на территории Германии 49 млн лет назад. Мышульки оказались коричневыми, похожими на современных. Это первые ископаемые млекопитающие, для которых стала известна прижизненная окраска, и это очередная веха в истории обретения цвета объектами палеонтологии.

Знания о натуральной окраске древних животных – это не просто прихоть педантичных ученых-эстетов. Как уже говорилось выше, по окрасу можно судить об их образе жизни и поведении. Так, микрорапторы были гламурными дневными рептилиями, а палеохироптериксы – скромными ночными зверушками, которые вряд ли посещали эоценовые рейвы, разве что ради того, чтобы полакомиться их завсегдатаями.

Окраска может давать и подсказки о путях эволюции, которыми древние бестии проследовали к современным формам. «Я бы очень хотела увидеть вымерших родственников жирафов, у жирафов ведь такой особенный окрас», – говорит Кейтлин Коллери, первый автор научной статьи о летучих мышах. Остается надеяться, что вскоре палеонтологи отыщут отпечатки жирафьих предков, напичканные меланосомами и хромосомами.
Tags: палеонтология
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments