בעין הבלתי מאומנת, מרבית המאובנים לא נראים מפוצצים בצבע. הניתוח המדעי הראשון של צבע מאובני פורסם רק לפני עשור, ועד לא מזמן, קביעת לוח הצבעים של העולם הפרהיסטורי נראתה כמשימה בלתי ניתנת לערעור.
מריה מקנמרה, פליאונטולוגית באוניברסיטת קולג 'קורק באירלנד, מנסה לחבר את הראיות המאובנות כדי לצייר תמונה צבעונית של העבר. כשאנשים חושבים על פליאונטולוגיה, הם חושבים לרוב על שיניים ועצמות קשות, אך ניתן לשמור גם בחלקים הרכים יותר של בעלי חיים, כמו עור, רקמת שריר ואיברים פנימיים. זה הרבה יותר נדיר, כמובן, מכיוון שהדברים המעורערים לרוב נרקבים, אבל רקמות רכות הן בדיוק הדוגמאות שמקנמרה מחפשת. היא חוקרת רקמות של חרקים וחולייתנים על מנת לדמיין כיצד נראו הפריטים האלה וכיצד הם התנהגו עם הסביבות שלהם - מה היו טורפיםיהם, היכן הם חיו, מה היו הרגלי הזיווג שלהם ועוד.
מקנמרה תדון בעבודתה למציאת שאריות הצבעים במאובנים בסימפוזיון "החיים הגדולים ביותר: אירועים מרכזיים באבולוציה" של המוזיאון הלאומי להיסטוריה של סמית'סוניאן, שהתקיים ביום שישי, 29 במרץ, בוושינגטון הבירה. לקראת שיחתה, Smithsonian.com שוחח עם מקנמרה כדי ללמוד יותר על צבעי העולם העתיק.
מבחינה מדעית, מהו צבע ואיך נמדד?
צבע הוא פשוט גלוי לעין. כל דבר שמפזר אנרגיה בין אורכי הגל של 400 ל 700 ננומטר הוא מה שמדענים מכנים אור גלוי. העין האנושית מאומנת לתפוס הבדלים עדינים באנרגיה בתוך אותו חלון. בעלי חיים אחרים יכולים לראות צבע מעבר לחלון זה. למשל, לציפורים יש רגישויות לאור האור האולטרה-סגול, כך שהן יכולות לתפוס אורכי גל קצרים יותר של אנרגיה. חרקים רבים יכולים גם לראות אור אולטרה סגול ובאופן פוטנציאלי באינפרא אדום, שיש לו אורכי גל ארוכים יותר. מה שאתה קורא צבע באמת תלוי באיזה סוג של חיה אתה.
כדי לנסח את זה במונחים הפשוטים ביותר, צבע הוא סוג של אנרגיה שאנחנו יכולים לתפוס, ואורכי גל שונים יוצרים צבעים שונים.
באילו דרכים מתפתח צבע בטבע?
ניתן לייצר צבע בשתי דרכים שונות. אורגניזמים מודרניים רבים, כולל בעלי חיים, מייצרים צבע באמצעות פיגמנטים. פיגמנטים הם כימיקלים הסופגים באופן סלקטיבי אור באורכי גל ספציפיים. לדוגמה, עלי הצמחים נראים ירוקים מכיוון שהמולקולות בכלורופיל בתוך העלים סופגות את כל אורכי הגל בצבע האדום והכחול של הספקטרום, והן משקפות את הירוקים והצהובים שאנו יכולים לראות.
חרקים הם הצורה הדומיננטית של חיי בעלי החיים בכדור הארץ עם יותר ממיליון מינים שתוארו ואולי עד פי 15 נותרו לא ידועים. בקרב חרקים, חיפושיות הוכחו כאחת הקבוצות המוצלחות והצבעוניות ביותר, המייצגות 40 אחוז מכל מיני החרקים ו -30 אחוז מכל מיני בעלי החיים. (מוסד צ'יפ קלארק / סמיתסוניאן) הפיגמנט השכיח ביותר בצמחים הוא כלורופיל, אך אצל בעלי חיים, חלק מהפיגמנטים הנפוצים ביותר הם מלנינים. הם מייצרים את צבע השיער שלנו. הם מייצרים את הצבעים החומים בפטריות, למשל, ואת הצבעים כהי הגוון של נוצות ציפורים.
יש לנו גם פיגמנטים נפוצים הנקראים קרוטנואידים, ואלה מיוצרים אך ורק על ידי צמחים. אך בעלי חיים רבים צורכים קרוטנואידים בתזונתם והם משתמשים בהם כדי לצבוע את הרקמות שלהם. כך, למשל, צבע אדום של קרדינל, הנפוץ בחוף המזרחי של ארצות הברית, מיוצר על ידי קרוטנואידים, שהציפורים נוטלות בתזונה של פירות וגרגרים. הנוצות הוורודות של הפלמינגו נגזרות מקרוטנואידים באצות שאוכלים שרימפס זעירים, שהיא הארוחה האהובה על הציפורים.
אבל יש למעשה דרך שונה לחלוטין זו של ייצור צבע, וזה נקרא צבע מבני. צבע מבני אינו משתמש בפיגמנטים כלל, ובמקום זאת משתמש במבני רקמות מאוד מקושטים בקנה מידה ננו. בעיקרון רקמות של בעלי חיים מסוימות יתקפלו למבנים מורכבים ביותר ברמת הננומטר - או במילים אחרות, באותה סולם כמו אורך הגל של האור. מבנים אלה משפיעים על דרך האור דרך רקמות ביולוגיות, כך שהם יכולים למעשה לסנן אורכי גל מסוימים ולייצר צבעים חזקים באמת. ולמעשה הצבעים המבניים הם הצבעים הבהירים והעצימים ביותר שאנו מקבלים בטבע.
אילו סוגים שונים של צבע, או מבנים שונים המייצרים צבע, אתה מחפש כשאתה חוקר מאובנים אלה?
כשהתחלתי ללמוד צבע, עבדתי עם הצבע המבני בחרקים מאובנים. התחלתי להסתכל על החרקים המתכתיים האלה. הם הראו כחולים, אדומים, ירוקים וצהובים בהירים, אך איש מעולם לא בחן באמת מה מייצר את הצבעים האלה - היה רק מחקר בודד של שבר של חתיכת חיפושית אחת.
אז חקרתי כ -600 מהחרקים הללו מיישובים רבים של מאובנים שונים, ויחד עם כמה משתפי פעולה קיבלנו אישור לקחת דגימות של המאובנים הזעירים. כשעשינו זאת, ללא קשר לאיזה מינים הסתכלנו, כל המבנים הללו בחרקים צבעוניים אלו הופקו על ידי מבנה שנקרא משקף רב שכבתי. מבחינה מיקרוסקופית, זה בעצם נראה כמו כריך עם הרבה שכבות ממש דקות, אולי רק בעובי של 100 ננומטר. חרקים מודרניים רבים נמצאים בקליפה החיצונית שלהם. ככל שיש יותר שכבות, כך הצבע הבהיר יותר.
תצלומים של שלוש ממטות חיפושית החרבולות ששימשו במחקרי טפונומיה כדי לשכפל את תהליך המאובנים במעבדה. במהלך התהליך, צבעי החיפושיות השתנו. (ג 'אודין, מ' מקנמרה ואח '/ כתב העת לממשק החברה המלכותית 1742-5662) עניין אותנו לגלות מדוע לא מצאנו מבנים אחרים, כמו גבישים פוטוניים תלת מימדיים, שהם מבנים זעירים, מורכבים, שכבתיים המפריעים לחלקיקי אור המכונים פוטונים. המבנים עשויים להיות מעוותים למבנה יהלום, מבנה מעוקב, מבנה משושה ומבנים מורכבים עוד יותר. חרקים ופרפרים מודרניים רבים מציגים זאת. לדוגמא, פרפר המורפו המודרני הוא הפרפר הטרופי הכחול המופלא הזה עם קשקשים המכילים גבישים פוטוניים תלת-ממדיים. אז תהינו, "מדוע מעולם לא מצאנו את אלה ברשומת המאובנים?"
מדוע לדעתך ראית רק מבני מחזירי-שכבה במאובנים בעוד מבנים אחרים המייצרים צבע קיימים בחרקים מודרניים?
עשינו מאובנים ניסויים, שנקראים טפונומיה. שכפלנו את ההיבטים של תהליך המאובנים בכך שאפשרו לשני המחזרים הרב-שכביים וגם לגבישים פוטוניים תלת-ממדיים להשפיל במעבדה. שניהם שרדו את הניסוי, שאמר לנו כי לגבישים פוטוניים תלת-ממדיים אלה יש את אותו פוטנציאל מאובנים כמו המשקפים הרב-שכביים - כך שהם חייבים להיות ברשומת המאובנים איפשהו.
התחלנו לחפש לפני מספר שנים ואכן דיווחנו על המקרה הראשון של גבישים פוטוניים תלת-ממדיים בחרקים מאובנים. הדוגמא בה מצאנו אותם בתחום היא קטנה מאוד, כך שבמקרים רבים הם עלולים להתעלם.
האם צבע יכול להשתנות בתהליך המאובן?
השאלה שאנו נתקלים בה היא האם הצבע שנשמר הוא הצבע האמיתי. תחילה למדנו את הכימיה של המבנה בהנחה שהיא זהה לחרקים מודרניים - או במילים אחרות, הנחנו שהיא תכופף אור זהה. אך כאשר הכנסנו את הערכים הללו למודלי המחשבים שלנו, הם לא עבדו. המודלים אמרו לנו שצבעי המאובנים שלנו למעשה השתנו במהלך המאובנים.
בעזרת הניסויים הצלחנו להבין שהשינוי נבע מעודף לחץ וחשוב מכך, טמפרטורה קבועה. מצאנו שהטמפרטורה באמת מניעה את שינוי הצבעים של הצבעים המבניים האלה מכיוון שהמבנה הפיזי מתכווץ.
כאשר בוחנים את צבעם של צמחים ובעלי חיים נכחדים, איזה מינים משאירים אחריהם את העדויות הטובות ביותר?
זה לא מקרה של מינים מסוימים, זה מקרה של שימור הדברים בצורה הנכונה.
מרבית המחקרים שנעשו עד כה נעשו על נוצות, נוצות בציפורים או דינוזאורים, וכולן נשמרו כלחיצות פחמימות: מאובנים הנוצרים בסלע משקע בלחץ עצום. זה בעייתי מכיוון שאתה לא שומר על חלקי הנוצה שאחראים על צבעי הלא-מלנין.
אצל ציפורים קיימות, המלנין כמעט ונמצא בכל מקום, והשפעות המלנין משתנות על ידי נוכחותם של פיגמנטים אחרים. אז אם לוקחים שוב את הנוצות האדומות של קרדינל, הם נראים אדומים אך בפנים, הם מכילים קרוטנואידים וגם מלנוזומים. אם נוצת הציפורים ההיא עוברת מאובנים, הקרוטנואידים ישפילו וכל מה שנשאר לך זה מלנוזומים, [ולא היית יודע שהקרדינל היה אדום].
יש סכנה ממשית שחלק גדול מהשחזורים בהם התבוננו של עופות מאובנים ודינוזאורים נוציים עשויים לא להיות מייצגים את צבעי האורגניזמים כפי שאנו חושבים. אם אתה מוצא עדויות למלנין במאובנים, זה עשוי להעיד על גיבוש, אך לא על הגוון האמיתי. אז אנו טוענים כי מאובני הפחמן הללו ככל הנראה אינם אידיאליים למחקרי צבע מאובנים.
למרות שמדענים עדיין לא יודעים מה היה דינוזאורים צבעוניים, הם יכולים ללמוד את העדויות המאובנות של נוצות ופרווה, כמו על פטרוזאור זה, כדי לקבל מושג על הצללה. (צ. יאנג, ב. ג'יאנג, מ 'מקנמרה ואח' / טבע אקולוגיה ואבולוציה 3, 24–30 (2019)) אילו סוגי מאובנים שומרים על הצבעים בצורה הטובה ביותר?
אנו חושבים שעלינו לחפש מאובנים שנשמרו במינרל הסידן פוספט. זה היה המקרה עם הנחש שלמדנו בשנת 2016. צבעי הנחש נשמרים; כל עור הנחש נשמר בסידן פוספט. היופי של סידן פוספט הוא שהוא שומר על הכל. כל הפיגמנטים של העור נשמרים, כולל שלושת סוגי הפיגמנטים המייצרים צבע בזוחלים מודרניים. הוא שומר על צבע מבני: אדום וצהוב, והצבע הכהה.
אותם סוגים של מאובנים שבהם נעלתם את הכל בסידן פוספט, הם למעשה מטרה טובה בהרבה למחקרים על צבע מאובנים מאשר דחיסת פחמן.
אז איזה צבע היו הדינוזאורים?
יש לנו דינוזאורים נוצה שונים שיש לנו מלנין בדפוסי הצבעים הללו, ובציפורים מודרניות, צבע המלנין משתנה על ידי פיגמנטים אחרים. פיגמנטים אחרים אלה אינם נשמרים כמאובנים, ולכן איננו יכולים להיות בטוחים לעת עתה.
אם נמצא עור של דינוזאור שהשתמר ממש טוב, היינו בעלי סיכוי טוב לשחזר צבע ביתר פירוט. הבעיה היא שרוב עור הדינוזאור נשמר כהתרשמות. ישנן מספר דוגמאות בהן אתה למעשה שומר על סרט אורגני או מינרליסטי, אך למרות שמעטים נחקרו, אף אחת מהן לא הניבה פרטים על הפיגמנטים.
כיום אנו רואים לעתים קרובות צבעים בהירים כאזהרות רעילות לטורפים או כתצוגה מפוארת כדי למשוך בן זוג, או צבעים אחרים עדינים יותר שישמשו הסוואה. איזו מטרה שימשה צבע לבעלי החיים הצבעוניים הראשונים?
בהרבה דינוזאורים אנו רואים צל הסלירה, כאשר הגב והצדדים כהים יותר בצבעם והבטן בצבע בהיר יותר. זוהי אסטרטגיה המשמשת בעלי חיים מודרניים רבים כדי לסייע בפירוק מתאר הגוף בסביבות אור חזקות [ולספק הסוואה].
בדינוזאור נוצות שבדקנו, הזנב מכיל חבישה בולטת מאוד. סוג זה של חבישה נפוץ מאוד אצל בעלי חיים כיום, וכאשר הוא מתרחש באזורים אחרים בגוף, הוא משמש בדרך כלל להסוואה. אבל בדינוזאור הספציפי הזה הוא מקומי לזנב. כך שניגודיות צבעונית גבוהה בזנב אצל בעלי חיים מודרניים משמשים לרוב לאיתות מיני, כך לתצוגות הזדווגות.
נחש המאובנים שלמדנו השתמש כמעט בצבע לצורך הסוואה. היו לו כתמים בולטים למדי לאורכה, והכתמים האלה שימשו ככל הנראה שוב כהסוואה משבשת, כדי לפרק את מתווה הגוף באור חזק.
פרפר כחול תוסס של Morpho peleides, בעל מבני קריסטל פוטוניים תלת מימד לייצור הגוון הבהיר שלו. (תמונות מארקה / UIG / Getty) העש המאובנים וכמה חרקים מאובנים שחקרנו עם צבעי מבנה - הבנו שהצבעים שלהם משמשים פונקציה כפולה מכיוון שיש להם צבע ירוק מאוד בולט. צבע כזה הוא קריפי כאשר החרק מסתתר בצמחייה, אך כאשר הפרפרים האלה היו ניזונים מצמחי המארח, היה ניגוד צבע חד עם עלי הכותרת של הפרח. חרקים רבים משתמשים בזה כאות אזהרה כדי לפרסם כי טורף קרוב.
אילו כלים חדשים יש לנו כדי ללמוד רקמות רכות, ומה נוכל ללמוד שלא הצלחנו ללמוד מהמאובנים עד לנקודה זו?
לפני עשר שנים, כל התפיסה שמאובנים יכולים לשמור על צבע כמעט ולא הייתה על הרדאר - היה רק מחקר אחד. לפני 12 שנים איש אפילו לא ידע שזה אפשרי.
ישנן מספר טכניקות ספקטרומטריה המונית אשר בוחנות את השברים המולקולריים על פני השטח של החומר שלך, אך לא כל השברים הם אבחנתיים. ישנן טכניקות כימיות המייצרות שברים ייחודיים של מולקולות המלנין כך שלא תוכלו לבלבל אותן עם שום דבר אחר. אנשים בוחנים גם את הכימיה הלא-אורגנית של מאובנים ומנסים לשחזר ראיות תומכות לצבע.
אז באמת חשוב לקחת בחשבון את הטפונומיה, את הכימיה של הרקמות ואת ההוכחות לצבע, ואחת דרך נחמדה באמת להקניט את הביולוגיה מההשפעות של מאובנים היא לעשות ניסויים.
הסימפוזיון "הלהיטים הגדולים ביותר של החיים: אירועים מרכזיים בהתפתחות" ב- 29 במרץ, 2019, מתקיים בין השעות 10 בבוקר עד 16:30 בערב במוזיאון הלאומי להיסטוריה של הטבע, ובו עשרה ביולוגים והתפתחות פלוניאולוגים מהוללים בינלאומיים. ניתן להשיג כרטיסים כאן.
