Необразованом оку чини се да већина фосила не пукне боју. Прва научна анализа боје фосила објављена је пре само деценију, а донедавно је утврђивање палете боја праисторијског света изгледало непремостиво.
Мариа МцНамара, палеонтолог са Универзитета Цоллеге Цорк у Ирској, покушава саставити фосилне доказе како би насликала живописну слику прошлости. Кад људи мисле на палеонтологију, они често мисле на тврде зубе и кости, али мекши делови животиња, попут коже, мишићног ткива и унутрашњих органа, такође се могу сачувати у запису о фосилима. Наравно, много је ређе, јер се тиквице углавном труле, али мека ткива су управо онаква каква МцНамара тражи. Она проучава ткива од инсеката и кичмењака да би замислила како ти животињи изгледају и како су комуницирали са њиховим окружењем - шта су њихови грабежљивци, где су живели, какве су навике парења и још више.
МцНамара ће расправљати о свом раду на проналажењу остатака боје у фосилима на симпозијуму „Највећи хитови живота: Кључни догађаји у еволуцији“ Смитхсониан'с Натионал Мусеум у петак, 29. марта, у Васхингтон ДЦ. Уочи свог разговора, Смитхсониан.цом је разговарао са МцНамара како би сазнао више о бојама древног света.
Научно гледано, шта је боја и како се мери?
Боја је једноставно видљива светлост. Све што расипа енергију између таласних дужина од 400 до 700 нанометара научници називају видљивом светлошћу. Људско око је обучено да опажа суптилне разлике у енергији унутар тог прозора. Остале животиње могу видети боју иза тог прозора. На пример, птице имају осетљивост на ултраљубичасто светло, тако да могу опажати краће таласне дужине енергије. Многи инсекти такође могу видети ултраљубичасто светло и потенцијално инфрацрвено светло, које има дуже таласне дужине. То што зовете бојом заиста зависи од врсте животиње.
Најједноставније речено, боја је облик енергије коју можемо опазити, а различите таласне дужине стварају различите боје.
На који се начин боја развија у природи?
Боја се може произвести на два различита начина. Многи савремени организми, укључујући животиње, производе боју користећи пигменте. Пигменти су хемикалије које селективно апсорбују светлост одређене таласне дужине. На пример, лишће биљке изгледа зелено јер молекули хлорофила унутар лишћа апсорбују све таласне дужине у црвеном и плавом делу спектра, и одражавају зеленило и жутост које можемо видети.
Инсекти су доминантан облик живота животиња на Земљи са више од милион описаних врста и вероватно 15 пута више непознатих. Међу инсектима, хрошчи су се показали као једна од најуспешнијих - и најбогатијих - група, која представљају 40 процената свих врста инсеката и 30 процената свих животињских врста. (Цхип Цларк / Смитхсониан Институтион) Најчешћи пигмент у биљкама је хлорофил, али код животиња неки од најчешћих пигмената су меланини. Они производе боју наше косе. На пример, стварају смеђу боју код гљивица и тамне боје перја птица.
Такође имамо и уобичајене пигменте који се називају каротеноиди, а производе их искључиво биљке. Али многе животиње гутају каротеноиде у својој исхрани и користе их за обојење својих ткива. Тако, на пример, црвену боју кардинала, која је уобичајена на источној обали Сједињених Држава, производе каротеноиди које птице узимају у својој прехрани од воћа и бобица. Ружичасто перје фламингоса потиче од каротеноида у алгама које једу ситне козице, што је птица омиљени оброк.
Али ту је заправо потпуно другачији начин производње боје, а то се назива структурална боја. Структурна боја уопште не користи пигменте и уместо тога користи веома украшене ткивне структуре на наноцелу. У основи ће се нека ткива животиња пресавити у веома сложене структуре на нанометрском нивоу, или другим речима, у истој скали као и таласна дужина светлости. Те структуре утичу на начин на који светлост пролази кроз биолошка ткива, тако да у суштини могу да филтрирају одређене таласне дужине и производе заиста јаке боје. А заправо су структурне боје најсвјетлије и најинтензивније боје које добијамо у природи.
Које различите врсте боја или различите структуре које производе боју тражите када проучавате ове фосиле?
Када сам почео да проучавам боју, радио сам са структурном бојом фосилних инсеката. Почео сам гледати ове металне инсекте. Показивали су јарке плаве, црвене, зелене и жуте боје, али нико никада није стварно проучавао шта производи ове боје - постојала је само једна студија фрагмента једног комада буба.
Тако да сам проучавао око 600 ових инсеката из многих различитих фосилних локалитета, а заједно са неким сарадницима добили смо дозволу за узимање узорака ситних фосила. Када смо то урадили, без обзира на то које врсте смо посматрали, све ове структуре у тим обојеним инсектима настале су структуром која се зове вишеслојни рефлектор. Микроскопски у основи изгледа као сендвич са пуно стварно танких слојева, можда само 100 нанометара. Многи савремени инсекти их имају у својој спољној љусци. Што има више слојева, светлија је боја која се разбацује.
Фотографије три таксоре скараба, који су кориштени у тафономији за понављање процеса фосилизације у лабораторији. Током процеса, боје буба су се мењале. (Г. Один, М. МцНамара и др. / Јоурнал оф Тхе Роиал Социети Интерфаце 1742-5662) Били смо заинтересовани да сазнамо зашто нисмо пронашли друге структуре, попут тродимензионалних фотонских кристала, који су ситне, сложене слојевите структуре које интерферирају са светлосним честицама званим фотони. Структуре могу бити исплетене у дијамантску структуру, кубичну структуру, шестерокутну структуру и још сложеније структуре. Многи модерни инсекти и лептири приказују то. На пример, модерни лептир Морпхо је овај феноменални плави тропски лептир са лествицама који садрже 3Д фотонске кристале. Па смо се питали, „зашто их никада нисмо пронашли у записима о фосилима?“
Зашто мислите да сте у фосилима видели само вишеслојне структуре рефлектора, док друге структуре које производе боју постоје у модерним инсектима?
Направили смо експерименталну фосилизацију, која се назива тафономија. Реплицирали смо аспекте процеса фосилизације тако што смо омогућили да се у вишем слоју рефлектори и 3Д фотонски кристали разграде у лабораторији. Обоје су преживели експеримент, који нам је рекао да ови 3Д фотонски кристали имају исти потенцијал фосилизације као вишеслојни рефлектори - тако да негде морају бити у евиденцији фосила.
Почели смо да тражимо пре неколико година и пријавили смо први случај 3Д фотонских кристала у фосилним инсектима. Примјера гдје смо их пронашли на терену је врло мали, тако да их у многим случајевима може једноставно превидјети.
Да ли се боја може променити у процесу фосилизације?
Питање са којим се сусрећемо је да ли је сачувана боја права боја. У почетку смо проучавали хемију структуре претпостављајући да је она иста као и савремени инсекти - или другим речима, претпоставили смо да ће светлост исту савити. Али када унесемо те вредности у наше рачунарске моделе, оне нису функционисале. Модели су нам рекли да су се боје наших фосила заправо мењале током фосилизације.
Помоћу наших експеримената успели смо да утврдимо да је промена настала због прекомерног притиска и, што је још важније, сталне температуре. Температура, открили смо, заиста покреће промену боје ових структурних боја јер се физичка структура смањује.
Када проучавате боју изумрлих биљака и животиња, које врсте остављају најбоље доказе?
То није случај одређене врсте, то је случај да се ствари сачувају на прави начин.
Већина досад рађених студија обављена је на перју, било на перју птица или диносаура, и све су сачуване као карбонатне компресије: фосили формирани у седиментној стијени под огромним притиском. Ово је проблематично јер не чувате делове перја који су одговорни за не-меланинске боје.
Код постојећих птица меланин је готово свеприсутни, а ефекти меланина модификовани су присуством других пигмената. Дакле, ако поново узмете црвено перје кардинала, они изгледају црвено, али изнутра, садрже каротеноиде и такође меланосом. Ако то птичје перје прође кроз фосилизацију, каротеноиди ће се разградити и све што би вам остало су меланосоми, [а ви не бисте знали да је кардинал црвен].
Постоји врло реална опасност да мноштво реконструкција које смо гледали фосилних птица и пернатих диносаура можда не представља боју организама као што можда мислимо. Ако нађете доказе о меланину у фосилима, то може бити знак узорака, али не и стварне нијансе. Дакле, ми тврдимо да ови фосили карбонације вероватно нису идеални за студије боје фосила.
Иако научници још не знају које су боје диносауруса у боји, они могу да проуче фосилне доказе о перју и крзну, као што је овај птеросаур, како би добили представу о сенчењу. (З. Ианг, Б. Јианг, М. МцНамара, ет ал. / Натуре Ецологи & Еволутион 3, 24–30 (2019)) Које врсте фосила најбоље чувају боју?
Мислимо да треба тражити фосиле сачуване у минералном калцијум фосфату. То је био случај са змијом коју смо проучавали 2016. Боје змија су сачуване; целокупна кожа змија сачувана је у калцијум фосфату. Лепота калцијум-фосфата је што он чува све. Чувани су сви пигменти коже, укључујући три врсте пигмената који стварају боју код модерних гмизаваца. Очува структуралну боју: црвену и жуту, и тамну боју.
Оне врсте фосила код којих сте све закључали у калцијум фосфату заправо су много боља мета за студије боје фосила од компресије карбонације.
Па коју су боју имали диносауруси?
Имамо разне пернате диносаурусе за које у тим узорцима имамо меланин, а код савремених птица обојење меланином је модификовано другим пигментима. Ови други пигменти нису сачувани као фосили, тако да за сада не можемо бити сигурни.
Да смо пронашли кожу диносаура која је заиста добро очувана, имали бисмо добре шансе да детаљније реконструишемо боју. Проблем је што је већина коже диносаура сачувана као утисци. Постоји неколико примера где заправо задржавате танки органски или минерализовани филм, али иако их је неколико проучено, ниједан није уствари дао детаље о пигментима.
Данас често видимо ведре боје као токсична упозорења грабежљивцима или као раскошни приказ како би привукли паре или друге суптилније боје које ће служити као камуфлажа. Какву је сврху боја користила првим шареним животињама?
Много диносаура које видимо имају сјенило, кад су леђа и бочне странице тамније боје, а трбух блијеђе боје. Ово је стратегија коју користе многе модерне животиње како би помогле разбити обрисе тела у јаким светлосним окружењима [и обезбедити камуфлажу].
Код пернате диносауруре коју смо проучавали, реп има врло упечатљив појас. Та врста везивања је данас веома уобичајена код животиња, а када се појављује на другим деловима тела, обично се користи за камуфлажу. Али у овом специфичном диносауру, он је локализован у репу. Тако да се контраст у репу високих боја код модерних животиња често користи у сексуалној сигнализацији, па тако и за приказ парења.
Фосилна змија коју смо проучавали готово је сигурно користила боју за камуфлажу. Имао је прилично упечатљиве мрље дуж своје дужине, а те мрље су вероватно опет послужиле као разорна камуфлажа, како би разбиле обрисе тела при јакој светлости.
Живо плави лептир морфоа пелеида, који има 3Д фотонске кристалне структуре да дају свој сјајни тон. (Марка / УИГ / Гетти слике) Фосилни мољац и неки фосилни инсекти које смо проучавали са структуралним бојама - стекли смо осећај да њихове боје служе за двоструку функцију, јер су имале врло упечатљиву зелену боју. Таква боја је искривљена када се инсект скрива у вегетацији, али када би се ови лептири хранили биљкама домаћицима, постојао би оштар контраст боја с латицама цвета. Многи инсекти користе ово као сигнал упозорења да би рекламирали да је предатор у близини.
Које нове алате имамо за проучавање меких ткива и шта можемо научити да до данас нисмо могли да научимо од фосила?
Пре десет година цела предоџба да фосили могу сачувати боју тешко да је била на радару - постојала је само једна студија. Пре дванаест година, нико није ни знао да је то могуће.
Постоји неколико техника спектрометрије масе које прегледавају молекуларне фрагменте на површини материјала, али нису сви фрагменти дијагностички. Постоје хемијске технике које производе јединствене фрагменте молекула меланина, тако да их не можете мешати ни са чим другим. Људи такође гледају неорганску хемију фосила и покушавају да поврате доказе о боји.
Дакле, заиста је важно узети у обзир тафономију, хемију ткива и доказе о боји, а један заиста леп начин изазивања биологије од ефеката фосилизације је експериментисање.
Симпозијум „Највећи животни хитови: кључни догађаји у еволуцији“ 29. марта 2019. године одржава се од 10 до 16:30 у Националном природном историјском музеју и на њему је представљено 10 међународно признатих еволуционих биолога и палеонтолога. Улазнице су доступне овдје.
