ПРИХОВАТИ

Якого кольору були мешканці мезозойського лісу? Наскільки наука може помилятися та абсолютно новий комплексний підхід до відновлення зовнішнього кольору тварин минулого Землі.

Пір’я як революція

Ще десять років тому у реконструкціях тварин, які жили у мезозойську еру, домінувала така традиція: загальний план будови тіла відновлювали за перевіреними даними на основі скелету, а колір і фактуру зовнішніх покровів робили скоріше за художнім осмисленням, ніж реальною реконструкцією.

Щоправда, вже тоді вчені розуміли, що слабко вивчені м’які тканини доісторичних тварин приховують у собі відомості, які здатні перевернути наше уявлення про зовнішній вигляд прадавніх істот. Хрестоматійною у цьому плані виявилася ситуація з пір’ям деяких динозаврів. Ще на початку 90-х велоцираптора та його численних родичів клади манірапторів представляли як невеликого двоногого “дракончика” з типово ящірковою гладкою шкірою.

Сучасне уявлення про велоцираптора. Джерело: Fred Wierum – Own work CC BY-SA 4.0

Проте все змінилося протягом десятиліття під впливом нових знахідок. Велоцираптор виявився вкритим пір’ям, і його стали зображувати скоріше, як хижого фазана, що не вміє літати. Та й серед інших динозаврів виявилося чимало таких, які були вкриті пір’ям. А у 2003 році китайські палеонтологи описали мікрораптора – родича велоцераптора розміром приблизно з сучасного голуба, що жив близько 130 мільйонів років тому.

Мікрораптор та його колір

Мікрораптор не просто мав пір’я. Кожна із чотирьох його кінцівок була оснащена потужними  маховими пір’ями і могла працювати як крило. Завдяки цьому ця тваринка могла перелітати з одного дерева на інше. А 2012 року група американських і китайських дослідників опублікувала статтю, у якій одними з перших зробили дійсно наукову реконструкцію забарвлення мікрораптора.

Рештки мікрораптора У Пекінському музеї природознавства. Джерело: AMNH/M. Ellison

Це вдалося завдяки вивченню меланосом, залишки яких збереглися у викопних рештках мікрораптора. Меланосоми – це крихітні органели, які містяться у клітинах тварин, які містять меланін і поглинають світло з певною довжиною, забезпечуючи забарвлення пір’я та хутра. Дослідники порівняли виділені з решток мікрораптора мелоносоми з великою вибіркою меланосом сучасних потахів.

Статистичний аналіз дозволив із великою імовірністю припустити, що мікрораптор був чорним із синім відливом. При цьому колір цього «нептаха», за думкою дослідників міг виконувати соціальні функції. Також це дослідження цікаве тим, що у ньому науковці звернули увагу на те, як форма та розмір меланосом впливають на забарвлення пір’я. Так вчені з ентузіазмом взялися за систематичне вивчення меланосом.

Меланосоми холоднокровних та теплокровних тварин

Вже 2014 було опубліковано велике дослідження, у якому вчені з Техаського університету у Остіні проаналізували, як форма і розмір меланосом пов’язані з кольором, і як ці меланосоми змінювалися при переході до птахів від їх найближчих родичів – манірапторів. Дослідники проаналізували меланосоми 131 нині живого виду хребетних (не тільки птахів) і 18 нині вимерлих видів, а також безліч наукових статей, які стосуються самих меланосом.

Зображення деяких з 13 юрських і крейдових птерозаврів, динозаврів, черепах, викопних птахів і ящірок, відібраних для підтвердження збережених меланосом. Джерело: Clarke et al.

Вони дійшли висновку, що у холоднокровних та теплокровних тварин вплив форми меланосом на забарвлення може визначатися різними правилами. Меланосоми сучасних черепах, ящірок та змій демонструють значно менше різноманіття за формою і розмірами, ніж у їхніх достатньо близьких родичів – птахів. При цьому сучасні рептилії теж демонструють неабияке різноманіття кольорів.

Два зразки копалин, взяті з крейдового та юрського Китаю. Вкритий пухом динозавр Beipiaosaurus показав круглі меланосоми, що спостерігаються у живих ящірок і крокодилів, тоді як птах демонструє унікальні тонкі меланосоми, що спостерігаються у живих нині ссавців, птахів і багатьох досліджених пернатих динозаврів. Зміни у різноманітності цих меланін-вмісних органел можуть розкрити фізіологічний зсув, що відбувся серед пернатих динозаврів ближче до виникнення польоту. Джерело: Li et al. (автори).

Аналіз викопних решток показав, що “зсув” у різноманітті меланосом відбувся десь серед безпосередніх предків птахів – манірапторів. Більш ранні архозаври, у тому числі й ті, для яких досить упевнено було встановлено наявність «протопір’я», мали меланосоми сферичної форми, характерні для сучасних рептилій.

“Вибух” різноманітності форми меланосом стався безпосередньо перед тим, як з’явилося справжне пір’я, що дозволило здійснювати активний політ. Цікаво також те, що гени, які відповідають за форму меланосом, беруть участь у багатьох інших процесах, таких як засвоєння їжі, поведінка та розмноження. Тож цілком можливо, що саме у цей момент стався перехід від холоднокровності до теплокровності, а розвиток пір’я і поява здатності до польоту стали лише його наслідком.

Це дослідження дозволило по новому поглянути на природу забарвлення, яке тепер досить міцно асоціювалося з фізіологією. Як саме гени, що відповідають за форму меланосом призвели до появи теплокровності було не дуже точно зрозуміло, але ясно було, що форма цих органел може багато розповісти по фізіологію істоти.

Як упізнати меланосому?

Так чи інакше, але після появи цієї роботи вчені були переконані, що тепер вони зможуть легко визначати колір шкіряних покривів вимерлих істот. Впевненість ця протрималася близько місяця.

У березні 2014 року вийшла праця Елісон Моєр з Університету Північної Кароліни, у якій дослідниця поставила під сумнів усю роботу вчених, які відтворювали колір вимерлих пернатих до неї.

Eoconfuciusornis. Джерело: Xiaoli Wang

Моєр припустила, що меланосоми на викопному пір’ї можуть виявитися зовсім не меланосомами. Для цього їй знадобився невеличкий експеримент із курячим пір’ям. Моєр виростила на ньому кілька видів бактерій, і дослідила їх тими ж методами, які зазвичай застосовуються при вивченні викопного пір’я. Виявилося, що цими методами відрізнити бактерії від меланосом майже неможливо. Ба більше, бактерії мають більше шансів зберегтися протягом мільйонів років. Тож, усі висновки щодо кольору мезозойських тварин можуть виявитися хибними.

Однак вчених це відкриття не зупинило і вони знайшли спосіб переконатися, що крихітні (у 50 разів менші за товщину людського волосся) утворення на викопному пір’ї – дійсно меланосоми, а не бактерії. Цей спосіб було використано у дослідженні вчених з Університету Північної Кароліни та Китайської академії наук, опублікованому у 2016 році. У ньому дослідники вивчали рештки еоконфуціорніса – птаха що жив майже одночасно з мікрораптором. Цей птах, що був розміром із сучасну ворону вже мав дзьоб, подібний до сучасних птахів і не мав зубів.

Художня Реконструкція еоконфуціорніса

Дослідивши рештки пір’я еоконфуціорніса, вчені знайшли у ньому велику кількість мікрочасток, які могли бути як меланосомами, так і бактеріями. Щоби відкинути сумніви, було використано скануючу електронну мікроскопію і визначено хімічний склад утворень. У першу чергу, дослідники звернули увагу на бета-кератини, які властиві саме для меланосом і зовсім не зустрічаються у клітинах бактерій. Крім того, було знайдено мідь, яка однозначно вказала, що знайдені утворення – саме меланосоми, і за їх формою було встановлено, як ж забарвлення мав еоконфуціорніс.

Забарвлення та фізіологія морських черепах

Новий підхід дозволив вченим знову позбутися невизначеності і вже впевненіше говорити про колір покривів різноманітних істот, що населяли мезозой та початок кайнозою. Поступово від решток птахів та їхніх родичів дослідники перейшли до інших істот, зокрема тих, що населяли океани. 2017 року було опубліковано статтю, авторами якої були дослідники все того ж Університету Північної Кароліни у співпраці з шведським Університетом Лунду та Університетом Хійого з Японії.

Рештки Tasbaсka danica. Джерело: By Rene Sylvestersen – Own work, CC BY-SA 3.0,

Вони досліджували рештки м’яких тканин викопної морської черепахи Tasbacka danica, вік яких оцінюється у 54 мільйони років, тварини, що жила вже після вимирання динозаврів. Було досліджено невеликий фрагмент довжиною близько 10 сантиметрів. Для цього використовувалася та сама методика, що і при дослідженні пір’я еоконфуціорніса.

Сучасні морські черепахи мають темне забарвлення зверху і світле – знизу. Такий розподіл виконує одразу декілька функцій. З одного боку, це дозволяє їм лишатися менш помітними, як для тих хижаків, що полюють на них із повітря, так і для тих, що причаїлися на глибині. З іншого боку, темне забарвлення верхньої частини тіла дозволяє цим холоднокровним істотам поглинати більше сонячного світла і швидко нагріватися у холодній воді.

Виявлені у рештках м’яких тканин меланосоми та кератин вказали на те, що у Tasbacka danica усе було так само. Схоже, що як і у випадку з птахами, колір шкіри цих морських рептилій не був випадковим, а відігравав значну роль у фізіології. Тож вивчати його у відриві від решти особливостей м’яких тканин було невірно.

Теплокровні іхтіозаври

Саме тому дослідники, які у грудні 2018 року опублікували статтю про дослідження решток іхтіозавра Stenopterygius ichthyosaur, зробили акцент не на кольорі його шкіри, а на особливостяїх фізіології. Так, цього разу меланосоми вже не були центральним об’єктом дослідження. Переважно їхня форма цікавила дослідників переважно у зв’язку з тим, що вона свідчила на користь теплокровності іхтіозаврів.

Рештки Stenopterygius ichthyosaur. Джерело: Johan Lindgren

Крім того, виявилося, що ці створіння мали товстий прошарок жиру, який викрористовували у якості термоізолятора. Разом із живонародженням ці особливості роблять іхтіозаврів навіть ближчими за фізіологією до сучасних морських ссавців, ніж вважалося досі. Крім того, вдалося точно встановити, що іхтіозаври повністю втратили луску на шкірі, що також наближує їх до сучасних китів та дельфінів.

Зрештою, можна зробити висновок про те, що дослідження кольору прадавніх істот нині вилилося у щось більше. Почавши розкручувати цю загадку, вчені прийшли до розуміння того, що забарвлення шкіри неможливо вивчати без зв’язку з фізіологією тварини. А це, у свою чергу, змушує палеонтологів усе докладніше і докладніше вивчати не скелети викопних тварин, а їхні м’які тканини. І, можливо, саме у цьому криється шлях до майбутніх переворотів у нашому уявленні про життя минулих епох.

AMNH (2012); Nature (2014), doi: 10.1038/nature12973; NSF (2014); PNAS (2016), doi: 10.1073/pnas.1617168113; Scientific Reports (2017), doi: 10.1038/s41598-017-13187-5; Nature (2018), doi: 10.1038/s41586-018-0775-x.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
38
Shares
38 Shares:
Перегляньте також
Далі

Таємна мова дерев

Переважна частина лісу живе в тіні дерев-гігантів, в яких листяний покрив розташований найвище та охоплює найбільшу територію. Це…