Отныне палеонтологи смогут определять не только внешний вид древних птиц, динозавров и зверей, но и цвет их перьев, кожи или шерсти. Микроскопические «колбаски» в отпечатках древних перьев, которые долго считали бактериями, на деле оказались следами заполненных красителем клеточных органелл. По их форме и структуре несложно определить, за какой цвет они отвечают.
Благодаря усилиям геологов, палеонтологов, зоологов и специалистов по биомеханике мы уже неплохо представляем себе, как выглядели древние, не сохранившиеся до наших дней обитатели Земли, чем они занимались и даже каким образом двигались. Однако о цвете глаз и оперения сохранившихся в виде окаменелостей птиц и их близких родственников динозавров мы до сих пор могли лишь догадываться.Дело в том, что цвет кожи, шкуры и перьев животных определяются типом и распределением пигментных структур, а органика обычно очень плохо сохраняется, разрушаясь в первые сотни и тысячи лет после гибели животного. Всё, что до нас доходит — это своего рода посмертные маски в виде отпечатков кожи и перьев в твёрдой каменной породе да отлитые по ним слепки, например, окаменевшие кости.
Окаменелости не имеют ничего общего с тем веществом, что когда-то составляло скелет вымершей рыбы или древнего динозавра. Под давлением сотен метров породы и миллионов лет покоя их заменяют другие минералы, и максимум, на что мы можем рассчитывать — что некоторые атомы и молекулы этих минералов когда-то входили в состав того самого вещества, на которое опирались мощные мускулы животных прежних геологических эпох. В более или менее неизменном виде до нас доходит только вещество спрессованных временем раковин обитателей древних морей.
Одно из немногих исключений — это мамонты и древние люди, из костей которых удавалось выделить органические молекулы, в том числе и, наверное, самую главную для биологов — ДНК. Их анализ в последние годы уже помог установить, что некоторые неандертальцы вполне могли быть рыжеволосыми, а среди мамонтов встречались как брюнеты с бурым мехом, так и блондины, волосяной покров которых был серым, а возможно, даже белесым.
Новая работа американских и датских учёных из Йельского университета, опубликованная в последнем номере Biology Letters, позволяет надеяться, что скоро мы сможем восстановить истинные цвета вымерших птиц, рептилий и млекопитающих.
Якобу Винтеру, Дереку Бриггсу и их коллегам удалось показать, что сплюснутые структуры в отпечатках перьев из мелового периода, которые долгое время считались окаменевшими бактериями, на самом деле представляют собой меланосомы — клеточные органеллы, тип и расположение которых дают перьям современных птиц всё многообразие их цветов.
Ключ к разгадке дал след пера из раннего мелового периода, отпечатавшийся в породе бразильской геологической формации Крато около 100 миллионов лет назад и хранящийся в настоящее время в палеонтологической коллекции британского Лестерского университета. Кому это перо принадлежало, мы вряд ли когда-то узнаем, однако вид симметричных относительно перьевого стержня чередующихся светлых и тёмных полос и прежде ни у кого не оставлял сомнений в том, что необычная окраска отпечатка — биологического, а не геологического происхождения.
Йельский аспирант Винтер и его коллеги внимательно изучили образец с помощью сканирующего электронного микроскопа, а также попытались установить его химический состав, используя методы рентгеновской спектроскопии. Результаты анализа отпечатка они сравнили с результатами такого же анализа настоящего пера современной птицы — красноплечего чёрного трупиала (Agelaius phoeniceus), широко распространённой на обширных землях Йеля, как, впрочем, и по всей Северной Америке.
Электронное сканирование показало присутствие очень примечательных сплюснутых структур размером 1—2 микрона, плотными стройными рядами вытянувшихся на поверхности древнего образца. Такие «колбаски» в отпечатках перьев, кожи и других частей древних животных находили и раньше, однако считали их окаменевшими полчищами бактерий, набросившихся на разлагающиеся перья древних птиц и динозавров. Микроскопические следы бактерий то и дело находят в древних окаменелостях, так что и в случае с бразильским пером первой гипотезой происхождения его структуры должна была бы стать бактериальная.
Тем не менее, когда учёные проверили структуру поверхности на светлом участке пера, никаких «колбасок» они здесь не увидели.
Здесь учёные наблюдали структуру поверхности, характерную для бразильской каменной породы, на которой нет никаких окаменелостей. Предполагать, что бактерии предпочитают питаться исключительно тёмными частями перьев, сложно, поскольку всё отличие между ними — исключительно в степени заполнения составляющих перо жёстких роговых клеток пигментом.
По мнению учёных, эти колбаски — не что иное, как сами меланосомы — крохотные клеточные органеллы, заполненные длинными молекулами меланина. Эти ограниченные липидной мембраной образования, в которых и синтезируется меланин, появляются в специальных пигментных клетках кожи и затем, с развитием пера, оказываются в роговых клетках. Там, где их оказывается больше, а распределены они плотно, перо будет окрашенным; там, где их нет или совсем чуть-чуть — белым.
Рентгеновский анализ также подтвердил наличие в тёмных полосках на поверхности бразильского образца значительного количества углерода.
Правда, форму, в которой он там присутствует, учёным выяснить не удалось. Согласно гипотезе Винтера и Бриггса, этот углерод 100 миллионов лет назад входил в состав эумеланина — основного пигмента в организме любого животного, ответственного за чёрный цвет перьев ворона или тёмную кожу загорелого человека.
Полимерные молекулы эумеланина числятся среди рекордсменов органической химии по устойчивости к различного рода воздействию — они плохо растворяются и очень устойчивы к разного рода химическому воздействию. Потому неудивительно, считают йельские специалисты, что именно заполненные ими чёрные меланосомы за долгие годы лучше всего впечатались в окаменелость: клетки, лишённые этих меланосом, разложились гораздо быстрее и безо всякого остатка.
Учёные надеются, что их открытие поможет восстановить истинные цвета древних обитателей нашей планеты. В наше время именно меланосомы определяют цвет перьев птиц, а также меха и кожи млекопитающих, и этот цвет можно относительно несложно определить по форме и расположению органелл.
Например, относительно крупные и сплюснутые «колбаски» — это меланосомы с эумеланином, отвечающим за чёрный цвет; более круглые «мешочки» с эумеланином могут давать перьям и коже коричневатые оттенки. За рыжий и жёлтый цвета отвечают меланосомы с феомеланином, которые мельче «чёрных» и также имеют округлую форму. Регулярные же структуры из выстроенных в ряды или разложенных зигзагом меланосом могут создать даже переливчатые оттенки. Обнаружив подобную структуру в отпечатках древнего пера, можно будет сделать вывод, что обронившая его птица обладала перламутровым отливом.
Правда, пока можно быть более или менее уверенным лишь в том, что до нас дойдут «чёрные» меланосомы — вопрос о химической устойчивости феомеланина исследован куда менее подробно, чем для его «кузена» эумеланина. В окаменевших останках черепа и глаза древней птицы, умершей в начале эоценовой эпохи около 55 миллионов лет назад, учёным удалось найти некоторые округлые образования, однако они уверены, что здесь также идёт речь о эумеланосомах: для «рыжих» меланосом эти образования слишком крупные.
Тем не менее, нет сомнений, что работа американских палеонтологов подстегнёт исследования в этом направлении.
Выяснить, какого цвета были птицы и динозавры, интересно не только создателям иллюстрированных книг по палеонтологии для детей. Вопрос об окраске древних перьев интересен и специалистам по динозаврам, и эволюционным биологам. В отличие от большинства млекопитающих, пернатые очень хорошо воспринимают цвет, и по их оперению, по разнице цветовой гаммы самцов и самок опытный биолог сможет не только определить экологическую нишу, которую занимает птица, или эволюционные взаимоотношения между различными группами птиц, но и особенности их кормёжки, размножения и поведения. Для существ, которых наблюдать в дикой природе нам не доведётся никогда, такое умение было бы как никогда кстати.
На фото: отпечаток пера из геологической формации Крато раннего мелового периода (в центре) и изображения его поверхности, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (по углам). В тёмной области отпечатка (a) видны характерные вытянутые структуры, похожие на окаменевшие бактерии, в светлой (b) – лишь структура самого камня. Для сравнения приведены изображения, полученные на схожем микроскопе для тёмных (c) и светлых (d) участков пера современного дятла.
