Батрахоспермум № 37(99) – Палеоколористика

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.

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 еще лет десять назад 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, слегка приправленной здравым смыслом.

О чем рассказали сосисочки динозавров

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.

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 сильно деформировались.

И вот уже в начале 2010 года вышла научная статья китайских специалистов 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 протоперьях нашлись только феомеланосомы: где их много – там динозавры были рыжее, а где они отсутствовали – там, вероятно, было белым-бело. Хвосты, например, были полосатыми, заверили ученые (см. иллюстрацию на обложке).

Confuciusornis sanctus мог напоминать окрасом современную зебровую амадину (слева). Реконструкция Sinornithosaurus millenii в Канадском музее природы в Оттаве (справа) была создана задолго до научной работы о его окрасе, подтвердившей, что рыже-коричневые, желтые и черно-серые оттенки действительно были рассыпаны по разным частям тела терапода. Иллюстрация и фото: Juan Carlos Alonso, Hectonichus.
Sinosauropteryx prima словил ящерку, вот бандит! Иллюстрация: Robert Nicholls.

Позднее синозавроптерикс был дополнительно исследован научной группой Винтера. В той относительно недавней работе морда динозавра приобрела «бандитскую маску» для защиты глаз от яркого солнечного света путем поглощения бликов темными протоперьями. Такая адаптация могла пригодиться динозавру на открытых пространствах, как и резкие переходы светлых тонов в темные, служившие целям камуфляжа. А длинным полосатым хвостом он мог вилять во время бега, чем отвлекал хищников от остального тела, или же делал его менее заметным на ландшафтах китайской провинции Ляонин во времена раннего мела (Smithwick et al., 2017).

В принципе, даже не имея окаменевшего пигмента, можно судить о его былом присутствии по характерным химическим элементам. Например, 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.

Реконструкция окраса динозаврика Anchiornis huxleyi 2010 года (вверху), улучшенная версия облика по результатам исследования 2017 года с допущением возможности полета (внизу) и пушистый вариант 2018 года по итогам анализа строения перьев, исключившего такую возможность (справа). Иллюстрации: Michael DiGiorgio, Julius Csotonyi, Rebecca Gelernter.

Благодаря новым методикам реконструкции посыпались одна за другой. Первым динозавром, для которого был вычислен цвет оперения на всем теле, стал мелкий крылатый троодонтид Anchiornis huxleyi из Китая юрского периода, около 160 млн лет назад. По 29 образцам протоперьев удалось восстановить окрас с точностью 90%, доложила американо-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 сомневался в том, что ученые имеют дело именно с меланосомами, а не с бактериями, то есть исследование, в котором доказывается присутствие эумеланина в ассоциации с этими сосисковидными структурами в перьях анхиорниса (Lindgren et al., 2015).

Археоптерикс негодует: компсогнатус стащил его законную ящерицу! Иллюстрация: Alain Beneteau.

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 из поздней юры Германии, описанный под именем Archaeopteryx lithographica в 1861 году. Исследовав этот 150-миллионолетний отпечаток, ученые обнаружили эумеланосомы (Carney et al., 2012)! Так что вскоре появились иллюстрации, на которых археоптерикс предстает полностью черным господином, хищно поглощающим вселенские фотоны, хотя изучены были лишь отдельные участки 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).

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

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.

Caihong juji предается радужным мечтам о поденках в провинции Хэбэй (Китай) 161 млн лет назад. Иллюстрация: Zhao Chuang.

Переливался на солнышке и позднеюрский птицеподобный динозаврик Caihong juji, чей скелет с отпечатками мягких тканей и перьев были описаны совсем недавно (Hu et al., 2018). «Радуга с гребешком» – так переводится с китайской латыни имя этого красавца. Помимо меланосом как у микрораптора, намекающих на блестяще-черный окрас тулова, хвоста и крыльев, на голове и груди цайхуна обнаружились меланосомы как у колибри, придающие перьям радужный лоск. Это древнейшая находка подобных меланосом в ископаемой летописи.

Каких еще рептилий помогли раскрасить меланосомы

Пока что речь шла только о тероподах – хищных динозаврах, к которым в том числе принадлежали и предки птиц. Но не только тероподы становились предметом изучения «палеоколористики» за десять лет существования этой области палеонтологии. Одним из самых масштабных исследований древнего окраса стала работа с останками раннемелового цератопса Psittacosaurus из Китая (Vinther et al., 2016). Это был небольшой растительноядный динозавр с щеткой длинных нитевидных протоперьев на хвосте, он жил около 120 млн лет назад. И судя по всему, жил в лесу.

Как показал палеоботанический анализ, китайский пситтакозавр обитал в хвойном лесу, и выявленный окрас подтверждает этот тезис. Иллюстрация: Jakob Vinther.

Анализ распределения меланосом на окаменевшей коже пситтакозавра показал, что снизу он был светлее, сверху – темнее, грудь тоже была темной, что подтверждает его заднелапое хождение, а морда вообще темнющей. При этом граница между светлой и темной кожей размыта, что характерно для рассеянного освещения, как в густом лесу, а не на открытой местности, где окрас у животных чаще контрастный (вспомним синозавроптерикса). В целом окрас пситтакозавра мог служить ему для камуфляжа пред лицом хищных тероподов, предполагают ученые.

Черепаха, ихтиозавр и мозазавр неплохо загорели. Иллюстрация: Stefan Sølberg.

Любопытные данные были получены и для морских ископаемых рептилий, в чьей коже также сохранились меланосомы. Эумеланина на их телах было много! Меловой хищник мозазавр (86 млн лет) и эоценовая кожистая черепаха (55 млн лет) были очень темными на верхней стороне тела, как и многие современные обитатели океана, которые греются на поверхности и нуждаются в защите от ультрафиолета. А юрский ихтиозавр (190 млн лет) оказался темным целиком – прямо как кашалот! Возможно, такой окрас помогал ему максимально эффективно поглощать солнечную энергию на поверхности и не менее успешно скрываться во мраке пучины (Lindgren et al., 2014).

Впрочем, меланины – это лишь часть биологической палитры. У многих животных есть и другие пигменты, например каротиноиды, вот только их молекулы менее стабильны, и в ископаемом виде обнаружить их сложно. Но возможно. Палеобиолог Мария Макнамара из Университета Колледж Корк (Ирландия) рассмотрела следы каротиноидов в минерализованной коже миоценовой змеи, жившей в Испании 10 млн лет назад.

У рептилий за цвет отвечают три типа клеток: меланофоры с черными меланинами; ксантофоры с красными, оранжевыми и желтыми каротиноидами; и иридофоры с кристалликами, рассеивающими свет. Комбинация меланофоров с ксантофорами или иридофорами дает зеленый окрас. У каждого типа клеток своя форма, размер и расположение. Сочетания этих клеток на теле древней змеи позволили определить, что кожа ее пестрила черным и зеленым, переливаясь на свету, а брюшная сторона оставалась бледной как смерть (McNamara et al., 2016).

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 и змеи, тоже может быть выявлена при работе с ископаемыми животными. В том числе и с насекомыми. Так, в 2011 году Мария Макнамара 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, реконструкция и исходный отпечаток.

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 малозаметны на фоне листвы. Выходит, подобная бифункциональность у чешуекрылых возникла около 50 млн лет назад, пишут ученые (McNamara et al., 2011).

И все-таки ископаемая бабочка вышла чересчур уж 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:

Кислотные жуки отдыхают на афтепати в эоценовых глинах.

Не стоит думать, что все это началось в кайнозое: недавно выяснилось, что уже ранние бабочки по всей Евразии прибегали к структурной окраске еще в юрском периоде, 180 млн лет назад (Zhang et al., 2018). Причем морфология чешуек на их крыльях напоминала современных примитивных чешуекрылых из семейства первичных зубатых молей (Micropterigidae). Совершенно иную морфологию демонстрируют чешуйки представителей выделенного в 2017 году отряда Tarachoptera, родственного бабочкам (Lepidoptera) и ручейникам (Trichoptera), – эти насекомые тоже умели блестеть и блистать, что видно на примере вот этого золотистого образца Kinitocelis brevicostata из бирманского янтаря мелового периода, 99 млн лет:

Мотылек (в центре) и тарахоптеры (один сидит справа, другие порхают) могли похвастать металлическими блесками в меловом периоде. Фото: Yang Dinghua.

Что же касается пигментной окраски, Макнамара одно время критиковала методику своего коллеги Винтера (тогда они оба работали 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 последовавшем 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.

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.

Гигантские эоценовые пингвины Inkayacu paracasensis, жившие в Перу 36 млн лет назад, были те еще неформалы: в отличие от современных черно-белых пингвинов, значительная часть их тела была покрыта бурыми перышками (Clarke et al., 2010). Иллюстрация: Jose Antonio Peñas.

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», – мечтает Кейтлин Коллери, первый автор научной статьи о летучих мышах. Остается надеяться, что когда-нибудь палеонтологи отыщут отпечатки жирафьих предков, напичканные меланосомами и хромосомами.


Текст: Виктор Ковылин. Иллюстрация на обложке: Chuang Zhao, Lida Xing

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Убедительная просьба не копировать его в соцсети или куда-либо еще без договоренности с редакцией. Если хотите поделиться информацией с вашими подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на этот номер – мы будем рады. И конечно, будем очень признательны за любую поддержку нашего проекта. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Как мезозойские динозавры выглядели в жизни
Харлемский археоптерикс оказался китайским пришельцем
Палеокашрут: кошерные ископаемые


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение