How Do Scientists Know What Colors Prehistoric Animals Were?

Si e dinë shkencëtarët se çfarë ngjyrash kishin kafshët parahistorike?

Ekspertja e fosileve Maria McNamara shpjegon se si paleontologët kanë filluar të hetojnë nuancat e së kaluarës

Për syrin e patrajnuar, shumica e fosileve nuk duket se po shpërthejnë me ngjyra. Analiza e parë shkencore e ngjyrës fosile u botua vetëm një dekadë më parë, dhe deri vonë, përcaktimi i gamës së ngjyrave të botës parahistorike dukej një detyrë e pakapërcyeshme.

Maria McNamara, një paleontologe në Kolegjin Universitar Cork në Irlandë, po përpiqet të bashkojë provat fosile për të pikturuar një pamje shumëngjyrëshe të së kaluarës. Kur njerëzit mendojnë për paleontologjinë, ata shpesh mendojnë për dhëmbët dhe kockat e forta, por pjesët më të buta të kafshëve, si lëkura, indet e muskujve dhe organet e brendshme, mund të ruhen gjithashtu në të dhënat fosile. Është shumë më e rrallë, sigurisht, sepse gjërat e lëmuara zakonisht kalbet, por indet e buta janë pikërisht lloji i ekzemplarëve që kërkon McNamara. Ajo studion indet nga insektet dhe vertebrorët në mënyrë që të imagjinojë se si dukeshin këto krijesa dhe si ndërvepruan me mjedisin e tyre – çfarë ishin grabitqarët e tyre, ku jetonin, cilat mund të kenë qenë zakonet e tyre të çiftëzimit dhe më shumë.

McNamara do të diskutojë punën e saj për të gjetur mbetjet e ngjyrave në fosilet në simpoziumin “Hitet më të mëdha të jetës: Ngjarjet kryesore në evolucion” të Muzeut Kombëtar Smithsonian të Historisë Natyrore të premten, 29 mars, në Uashington DC. Përpara fjalimit të saj, Smithsonian.com foli me McNamara për të mësuar më shumë rreth ngjyrave të botës së lashtë.

Nga pikëpamja shkencore, çfarë është ngjyra dhe si matet ajo?

Për ta thënë në termat e saj më të thjeshtë, ngjyra është një formë energjie që ne mund ta perceptojmë, dhe gjatësi vale të ndryshme krijojnë ngjyra të ndryshme.

Në çfarë mënyrash zhvillohet ngjyra në natyrë?

Ngjyra mund të prodhohet në dy mënyra të ndryshme. Shumë organizma moderne, duke përfshirë kafshët, prodhojnë ngjyrë duke përdorur pigmente. Pigmentet janë kimikate që thithin në mënyrë selektive dritën me gjatësi vale specifike. Për shembull, gjethet e bimëve duken të gjelbra, sepse molekulat në klorofil brenda gjetheve thithin të gjitha gjatësitë e valëve në pjesën e kuqe dhe blu të spektrit, dhe ato reflektojnë të gjelbra dhe të verdha që ne mund të shohim.

Pigmenti më i zakonshëm në bimë është klorofila, por te kafshët, disa nga pigmentet më të zakonshme janë melaninat. Ato prodhojnë ngjyrën e flokëve tanë. Ata prodhojnë ngjyrat kafe te kërpudhat, për shembull, dhe ngjyrat e errëta të puplave të shpendëve.

Ne gjithashtu kemi pigmente të zakonshme të quajtura karotenoidë, dhe këto prodhohen ekskluzivisht nga bimët. Por shumë kafshë hanë karotenoidë në dietën e tyre dhe i përdorin ato për të ngjyrosur indet e tyre. Kështu, për shembull, ngjyra e kuqe e një kardinali, e cila është e zakonshme në bregun lindor të Shteteve të Bashkuara, prodhohet nga karotenoidet, të cilat zogjtë i marrin në dietën e tyre me fruta dhe manaferra. Pendët rozë të flamingove rrjedhin nga karotenoidet në algat që hanë karkalecat e vogla, që është vakti i preferuar i zogjve.

Por në fakt ekziston kjo mënyrë krejtësisht e ndryshme për të prodhuar ngjyrën, dhe kjo quhet ngjyra strukturore. Ngjyra strukturore nuk përdor fare pigmente dhe në vend të kësaj përdor struktura indesh shumë të zbukuruara në shkallë nano. Në thelb, indet e disa kafshëve do të palosen në struktura shumë komplekse në nivelin nanometër – ose me fjalë të tjera, në të njëjtën shkallë me gjatësinë e valës së dritës. Këto struktura ndikojnë në mënyrën se si drita kalon nëpër indet biologjike, kështu që ato në thelb mund të filtrojnë gjatësi vale të caktuara dhe të prodhojnë ngjyra vërtet të forta. Dhe në fakt ngjyrat strukturore janë ngjyrat më të ndritshme dhe më intensive që marrim në natyrë.

Çfarë lloje të ndryshme ngjyrash, ose struktura të ndryshme që prodhojnë ngjyrë, kërkoni kur studioni këto fosile?

Kur fillova të studioja ngjyrën, po punoja me ngjyrën strukturore në insektet fosile. Fillova të shikoja këto insekte metalike. Ata treguan blu të ndezur, të kuqe, jeshile dhe të verdhë, por askush nuk e kishte studiuar me të vërtetë se çfarë i prodhonte këto ngjyra – ishte vetëm një studim i vetëm i një fragmenti të një pjese të brumbullit.

Kështu që unë studiova rreth 600 nga këto insekte nga shumë lokalitete të ndryshme fosile dhe së bashku me disa bashkëpunëtorë morëm lejen për të marrë mostra të fosileve të vogla. Kur e bëmë këtë, pavarësisht se çfarë specie po shikonim, të gjitha këto struktura në këto insekte me ngjyrë u krijuan nga një strukturë e quajtur reflektor shumështresor. Mikroskopikisht, në thelb duket si një sanduiç me shumë shtresa vërtet të holla, ndoshta vetëm 100 nanometra të trasha. Shumë insekte moderne i kanë këto në guaskën e tyre të jashtme. Sa më shumë shtresa të ketë, aq më e ndritshme është ngjyra që shpërndahet.

Ne ishim të interesuar të zbulonim pse nuk po gjenim struktura të tjera, të tilla si kristalet fotonike tredimensionale, të cilat janë struktura të vogla, komplekse, me shtresa që ndërhyjnë me grimcat e dritës të quajtura fotone. Strukturat mund të shtrembërohen në një strukturë diamanti, një strukturë kubike, një strukturë gjashtëkëndore dhe struktura edhe më komplekse. Shumë insekte dhe flutura moderne e shfaqin këtë. Për shembull, flutura moderne Morpho është kjo flutur tropikale blu përrallore me luspa që përmbajnë kristale fotonike 3D. Pra, ne pyesim veten, “pse nuk i gjetëm kurrë këto në të dhënat fosile?”

Pse mendoni se po shihnit vetëm struktura reflektuesish me shumë shtresa në fosile ndërsa struktura të tjera që prodhojnë ngjyra ekzistojnë në moderne?

Bëmë disa fosilime eksperimentale, që quhet tafonomi. Ne përsëritëm aspektet e procesit të fosilizimit duke lejuar që reflektorët me shumë shtresa dhe kristalet fotonike 3D të degradohen në laborator. Të dy i mbijetuan eksperimentit, i cili na tha se këto kristale fotonike 3D kishin të njëjtin potencial fosilizimi si reflektorët me shumë shtresa – kështu që ata duhet të jenë diku në të dhënat fosile.

Ne filluam të kërkonim disa vjet më parë dhe raportuam rastin e parë të kristaleve fotonike 3D në insektet fosile. Shembulli ku i gjetëm në terren është shumë i vogël, kështu që në shumë raste ato thjesht mund të injorohen.

A mund të ndryshojë ngjyra në procesin e fosilizimit?

Pyetja që hasim është nëse ngjyra e ruajtur është ngjyra e vërtetë. Fillimisht ne studiuam kiminë e strukturës duke supozuar se është njësoj si insektet moderne – ose me fjalë të tjera, supozuam se do të përkulte dritën njësoj. Por kur futëm ato vlera në modelet tona kompjuterike, ato nuk funksionuan. Modelet na thanë se ngjyrat e fosileve tona në fakt ndryshuan gjatë fosilizimit.

Me eksperimentet tona ne arritëm të kuptonim se ndryshimi ishte për shkak të presionit të tepërt dhe, më e rëndësishmja, temperaturës së qëndrueshme. Ne zbuluam se temperatura vërtet nxit ndryshimin e ngjyrës së këtyre ngjyrave strukturore sepse struktura fizike tkurret.

Kur studiojmë ngjyrën e bimëve dhe kafshëve të zhdukura, cilat specie lënë pas provat më të mira?

Nuk është një rast i specieve të veçanta, është një rast i ruajtjes së gjërave në mënyrën e duhur.

Shumica e studimeve që janë bërë deri më tani janë bërë mbi pendët, qofshin pendët e shpendëve ose dinosaurët, dhe të gjitha janë ruajtur si ngjeshje karbonizimi: fosilet e formuara në shkëmbin sedimentar nën presion të jashtëzakonshëm. Kjo është problematike sepse nuk ruani pjesët e pendës që janë përgjegjëse për ngjyrat jo melaninike.

Në zogjtë ekzistues, melanina është pothuajse kudo, dhe efektet e melaninës modifikohen nga prania e pigmenteve të tjera. Pra, nëse merrni përsëri pendët e kuqe të një kardinali, ato duken të kuqe, por brenda përmbajnë karotenoidë dhe gjithashtu melanosome. Nëse ajo pendë zogu kalon përmes fosilizimit, karotenoidet do të degradohen dhe gjithçka që do të mbeteni janë melanosome, [and you wouldn’t know the cardinal was red].

Ekziston një rrezik shumë real që shumë nga rindërtimet që ne kemi parë të zogjve fosile dhe dinosaurëve me pendë mund të mos jenë përfaqësuese të ngjyrave të organizmave siç mund të mendojmë. Nëse gjeni prova të melaninës në fosile, mund të jetë tregues i modelit, por jo i ngjyrës aktuale. Pra, ne argumentojmë se këto fosile të karbonizimit ndoshta nuk janë ideale për studime të ngjyrave fosile.

Cilat lloje të fosileve ruajnë më mirë ngjyrën?

Ne mendojmë se duhet të kërkojmë për fosile të ruajtura në mineralin fosfat të kalciumit. Kështu ndodhi me gjarpërin që kemi studiuar në vitin 2016. Ngjyrat e gjarprit janë ruajtur; e gjithë lëkura e gjarprit ruhet në fosfat kalciumi. Bukuria e fosfatit të kalciumit është se ruan gjithçka. Të gjitha pigmentet e lëkurës ruhen, duke përfshirë tre llojet e pigmenteve që prodhojnë ngjyrë në zvarranikët modernë. Ruan ngjyrën strukturore: të kuqe dhe të verdhë dhe ngjyrën e errët.

Ato lloj fosilesh ku ju keni mbyllur gjithçka në fosfat kalciumi, ato janë në fakt një objektiv shumë më i mirë për studimet e ngjyrës fosile sesa kompresimi me karbonacion.

Pra, çfarë ngjyre ishin dinosaurët?

Ne kemi dinosaurët e ndryshëm me pendë për të cilët kemi melaninë në këto modele ngjyrash, dhe te zogjtë modernë, ngjyrimi i melaninës modifikohet nga pigmente të tjera. Këto pigmente të tjera nuk ruhen si fosile, kështu që nuk mund të jemi të sigurt për momentin.

Nëse do të gjenim lëkurë dinosauri që ishte vërtet e ruajtur mirë, do të kishim një shans të mirë për të rindërtuar ngjyrën në më shumë detaje. Problemi është se shumica e lëkurës së dinosaurëve ruhet si mbresa. Ka një sërë shembujsh ku ju në të vërtetë mbani një film të hollë organik ose të mineralizuar, por edhe pse disa janë studiuar, asnjëri nuk ka dhënë detaje të pigmenteve.

Sot, ne shpesh shohim ngjyrat e ndezura si paralajmërime toksike për grabitqarët ose si një shfaqje luksoze për të tërhequr një partner, ose ngjyra të tjera më delikate për të shërbyer si kamuflazh. Çfarë qëllimi shërbeu ngjyra për kafshët e para shumëngjyrëshe?

Shumë dinosaurët që shohim kanë kundërhije, që është kur pjesa e pasme dhe anët janë me ngjyrë më të errët dhe barku është një ngjyrë më e zbehtë. Kjo është një strategji e përdorur nga shumë kafshë moderne për të ndihmuar në ndarjen e konturit të trupit në mjedise me dritë të fortë [and provide camouflage].

Në një dinosaur me pendë që kemi studiuar, bishti ka shirita shumë të mrekullueshëm mbi të. Ky lloj brezi është shumë i zakonshëm te kafshët sot, dhe kur ndodh në zona të tjera të trupit, zakonisht përdoret për kamuflim. Por në këtë dinosaur specifik, ai është i lokalizuar në bisht. Kështu që kontrasti i lartë i ngjyrave në bisht te kafshët moderne përdoret shpesh në sinjalizimin seksual, pra për shfaqjet e çiftëzimit.

Gjarpri fosil që ne studiuam pothuajse me siguri përdorte ngjyrën për kamuflim. Ajo kishte njolla mjaft të habitshme përgjatë gjatësisë së saj, dhe ato njolla ndoshta shërbyen përsëri si kamuflazh përçarës, për të thyer konturin e trupit në dritë të fortë.

Tenja fosile dhe disa insekte fosile që studiuam me ngjyra strukturore – morëm kuptimin se ngjyrat e tyre shërbenin një funksion të dyfishtë sepse kishin një ngjyrë jeshile shumë të habitshme. Një ngjyrë e tillë është e fshehtë kur insekti fshihet në bimësi, por kur këto flutura do të ushqeheshin me bimët pritëse, do të kishte një kontrast të mprehtë ngjyrash me petalet e luleve. Shumë e përdorin këtë si një sinjal paralajmërues për të reklamuar se një grabitqar është afër.

Çfarë mjetesh të reja kemi për të studiuar indet e buta dhe çfarë mund të mësojmë që nuk kemi mundur të mësojmë nga fosilet deri në këtë pikë?

Dhjetë vjet më parë, i gjithë nocioni se fosilet mund të ruanin ngjyrën vështirë se ishte në radar – kishte vetëm një studim. Dymbëdhjetë vjet më parë, askush nuk do ta dinte se kjo ishte e mundur.

Ka disa teknika të spektrometrisë së masës që shikojnë fragmentet molekulare në sipërfaqen e materialit tuaj, por jo të gjitha fragmentet janë diagnostikuese. Ka teknika kimike që prodhojnë fragmente unike të molekulave të melaninës, kështu që nuk mund t’i ngatërroni ato me asgjë tjetër. Njerëzit po shikojnë gjithashtu kiminë e paprekshme të fosileve dhe po përpiqen të rikuperojnë provat mbështetëse të ngjyrës.

Pra, është me të vërtetë e rëndësishme të merret në konsideratë tafonomia, kimia e indeve dhe dëshmia e ngjyrës, dhe një mënyrë vërtet e bukur për të ngacmuar biologjinë nga efektet e fosilizimit është të bësh eksperimente.

Simpoziumi “Hitet më të mëdha të jetës: Ngjarjet kryesore në evolucion” më 29 mars 2019 zhvillohet nga ora 10 deri në 16:30 në Muzeun Kombëtar të Historisë Natyrore dhe përfshin 10 biologë dhe paleontologë evolucionarë të njohur ndërkombëtarisht. Biletat janë në dispozicion këtu.