Палеонтологи разглядели цвета мезозойских насекомых из янтаря
Китайские палеонтологи выяснили, что структурный цвет насекомых из мезозоя можно увидеть и сейчас, сообщается в Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. На примере хорошо сохранившихся в бирманском янтаре ос, мух и жуков они показали, что наноструктуры на поверхности их тел, обеспечивающие характерный отблеск, сохраняются миллионы лет. Максимум спектра отражения у них лежит в районе 514 нанометров, и это означает, что насекомые из янтаря были сине-зелеными. Вероятно, такая окраска служила им камуфляжем.
В живой природе три основных источника цветов: пигменты (красящие вещества вроде пурпура), биолюминесценция (часто обеспечивается работой особых белков-ферментов) и наноструктуры (от разных по свойствам поверхностей свет отражается неодинаково). Из них наиболее стойкие — последние. В их случае окраска организма определяется не химией, а физикой материалов. Структурные цвета чаще всего еще и ярче остальных: именно их мы видим на «хвостах» павлинов, крыльях бабочек, надкрыльях бронзовок, коже хамелеонов и многом другом.
Окраска играет важную роль в жизни организмов: она позволяет отличить чужих от своих, передать какой-либо сигнал, прикинуться представителем другого вида или пола, слиться с окружающими предметами, и многое другое. Поэтому знание о том, какого цвета было вымершее животное, способствует пониманию его поведения и экологии. Восстановить окраску организма, если не сохранились его покровы тела, почти невозможно, поэтому более-менее точно она известна лишь для мумий млекопитающих (например, пещерных львят) и тех, кто сохранился в янтаре.
Много янтаря добывают в Мьянме (хотя не весь он получен абсолютно законным путем и в мирных целях, нельзя не признать, что он служит богатейшим источником палеонтологического материала). Оттуда происходят и насекомые, чьи структурные цвета анализировали китайские палеонтологи во главе с Диином Хуаном (Diying Huang) из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук. Они использовали 35 беспозвоночных из бирманского янтаря, которому около 99 миллионов лет (сеноманский ярус, верхний мел).
Фрагменты янтаря с насекомыми (осами, мухами и жуками) в них отшлифовали так, чтобы подобраться к телам животных как можно ближе, но при этом не повредить их. Поверхности тела этих насекомых сфотографировали обычным зеркальным фотоаппаратом. Однако двум осам специально срезали часть кутикулы (покровов тела), чтобы исследовать структуру ее поверхности. Срезы кутикулы толщиной 70 нанометров изучили при помощи трансмиссионной электронной, а также сканирующей электронной микроскопии.
Почти у каждого насекомого из янтаря обнаружили яркие покровы всего тела или хотя бы отдельных его частей. Цвета обеспечивались не пигментами, а структурой кутикулы. Ряд ос сохранил сине-зеленую металлическую окраску, которая присутствует и у их современных родственниц.
На поверхности кутикулы насекомых (эпикутикула) нашли множество слоев отражателей наноразмеров. Судя по всему, их структура осталась такой же, как при жизни их обладателей, поскольку обычно кутикула не пропитывается смолой, из которой получается янтарь. Для этих наноотражателей построили теоретический спектр отражения света и получили, что его максимум лежит в районе 514 нанометров при условии, что свет падает на кутикулу точно сверху, не под углом (θ = 0°). Это соответствует сине-зеленому цвету, который заметен у образцов из янтаря и сейчас. Авторы предполагают, что такая окраска помогала маскировке.
Цвет покровов ископаемых животных с течением времени может измениться, но в случае насекомых из бирманского янтаря, которых исследовали в статье, он, по всей видимости, сохранился таким же или почти таким же, как и был 99 миллионов лет назад. Во всяком случае, заметных повреждений наноотражателей на эпикутикуле ос найти не удалось. Однако серебристо-металлический отлив мог быть обусловлен пузырьками воздуха, которые скопились на поверхности тела насекомого при его погружении в янтарь — то есть вероятно, что у некоторых живых особей его не было.
Недавно мы писали о свойствах одной структуры других членистоногих — коготков пауков. Оказалось, что по износостойкости они сравнимы с перламутром благодаря тому, что ионы кальция и марганца в них сшивают белки кутикулы.
Светлана Ястребова
На это указали следы их кормления на окаменевшем участке морского дна
Первые глубоководные виды рыб появились уже в раннем мелу. К такому выводу пришли палеонтологи, проанализировав следы на каменной плите с итальянской формации Паломбини. По словам исследователей, скорее всего эти отметины создали придонные рыбы, которые рылись в субстрате абиссальной равнины в поисках беспозвоночных. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, вероятно, рыбы начали колонизировать глубоководную зону после того, как ее продуктивность резко выросла на рубеже юры и мела. Даже в глубинах океана можно встретить позвоночных животных. Например, южные морские слоны (Mirounga leonina) во время охоты погружаются примерно до 2400 метров ниже уровня моря, а клюворылы (Ziphius cavirostris) — до 3000 метров ниже уровня моря. А рыбы постоянно живут на глубинах до 8200-8400 метров. Рекордсменами среди них считаются морские слизни из рода Pseudoliparis, одного из которых ученые встретили в Идзу-Бонинском желобе к юго-востоку от Японии на глубине 8336 метров. Древнейшие известные свидетельства существования глубоководных, то есть обитающих ниже 200 метров от поверхности океана, позвоночных относятся к позднему мелу. В отложениях этого времени обнаружены остатки рыб из отрядов Aulopiformes и Tselfatiiformes, которые могли жить в толще воды в нескольких сотнях и тысячах метров ниже поверхности моря. Глубоководные придонные рыбы появляются в палеонтологической летописи еще позднее — в палеогене. По мнению специалистов, скорее всего, позвоночные начали заселять морские глубины намного раньше, но, поскольку ископаемые глубоководных обитателей чрезвычайно редки, убедительных аргументов в пользу этой гипотезы до сих пор не было. Обнаружить их удалось команде палеонтологов под руководством Андреа Баукона (Andrea Baucon) из Университета Генуи. В центре внимания исследователей оказалась известняковая плита с позднемеловой палеонтологической формации Паломбини в Италии. Она представляет собой окаменевший участок морского дна, который располагался на абиссальной равнине в западной части океана Тетис, на глубине более трех километров. Анализ нанофоссилий показал, что возраст образца составляет 132,6-121,4 миллиона лет. На поверхности плиты хорошо заметны многочисленные следы, которые, судя по всему, оставили какие-то живые существа. Их можно разделить на несколько типов. Следы первого типа неглубокие и напоминают диски диаметром от 12 до 41 миллиметра. Авторы отнесли их к ихнороду (то есть роду вымерших животных, описанному по следам жизнедеятельности) Piscichnus. Согласно устоявшимся представлениям, Piscichnus представляют собой следы кормления придонных рыб, которые с помощью челюстей или выдуваемой или вдуваемой струи воды удаляли морской осадок, чтобы добраться до спрятавшихся в нем беспозвоночных (так же охотятся и некоторые современные рыбы). По мнению исследователей, округлые следы на плите с формации Паломбини имеют аналогичное происхождение. При этом охота древних рыб, похоже, была успешной, поскольку внутри следов первого типа плотность окаменевших нор, принадлежащих беспозвоночным, ниже, чем за их пределами. Второй тип следов представляет собой двойные параллельные борозды длиной от 21 до 171 миллиметров и шириной от 12 до 48 миллиметров. Согласно современным наблюдениям, такие отметины оставляют на морском дне рыбы, когда в поисках добычи скребут ил или песок увеличенными верхними зубами. Так ведут себя, например, химеры (Chimaeriformes) и спаровые (Sparidae). Борозды на плите, могли возникнуть точно так же, хотя и неясно, какие именно рыбы их оставили. Вероятно, на плите с формации Паломбини остались отметины от кормления по крайней мере двух видов рыб: представители одного из них удаляли субстрат с помощью челюстей или струй воды, а второго — скребли его зубами. Наконец, третий тип следов представлен единственной канавкой в форме синусоидальной волны. Средняя длина этой волны составила 156 миллиметров, а амплитуда — в среднем 18 миллиметров. Исследователи отнесли ее к ихнороду Undichna. Предполагается, что Undichna — это следы, прочерченные в субстрате плавниками рыбы, которая проплывала невысоко над дном. Канавка на плите из Паломбини одиночная, так что она могла быть оставлена хвостовым или анальным плавником. Результаты исследования подтверждают, что рыбы заселили абиссальную зону уже в раннем мелу, не менее 120 миллионов лет назад. Это значительно раньше предыдущих оценок. Тем не менее, Баукон и его коллеги подчеркивают, что позвоночным понадобилось целых 400 миллионов лет, чтобы заселить глубоководные экосистемы. Для сравнения, на сушу они вышли уже через 150 миллионов лет после появления. Согласно одной из гипотез, в действительности рыбы обитали в морских глубинах уже давно, однако полностью или почти полностью исчезли около 91,5 миллиона лет назад в результате сеномано-туронского океанического бескислородного события, которое вызвало вымирание многих групп морской фауны. Впоследствии позвоночным животным пришлось заново колонизировать эту часть моря. Однако выводы Баукона и его соавторов противоречат данной идее. Глубоководные рыбы с формации Паломбини жили до массового вымирания на рубеже сеномана и турона и при этом по крайней мере особенностями кормления напоминали современных. Таким образом, бескислородное событие не было стимулом, после которого рыбы начали активно расселяться в глубокие слои океана. По мнению авторов, более вероятно, что глубоководные экосистемы долгое время были слишком бедными, чтобы поддерживать фауну позвоночных. Однако на рубеже юры и мела в океанах произошел быстрый рост продуктивности, отчасти связанный с появлением покрытосеменных растений и более активным выносом органических веществ с суши. В результате биомасса живых организмов на глубинах ниже 200 метров сильно увеличилась, что позволило рыбам заселить эту зону и дать начало разнообразным видам. В частности, здесь стало больше донных беспозвоночных, следы кормления которыми остались на плите из Паломбини. В пользу этой идеи говорит тот факт, что большинство групп рыб, которые доминируют в современных глубоководных экосистемах, появились в мелу, причем некоторые — в самом его начале. Среди них, например, трескообразные (Gadiformes) и ошибнеобразные (Ophidiiformes), возникшие 100 и 115 миллионов лет назад соответственно. Впрочем, не исключено, что другие группы рыб, например, химеры, и до этого проникали в глубоководные экосистемы, когда условия там становились подходящими — но никаких следов этого в палеонтологической летописи не осталось. Следы кормления на морском дне оставляют не только рыбы, но и головоногие моллюски. Например, глубоководные осьминоги Cirroteuthis muelleri ради охоты погружаются на 500-2600 метров. Большую часть времени эти моллюски дрейфуют в толще воды, где относительно безопасно и не нужно тратить энергию на плавание. А чтобы поесть, они спускаются на морское дно и ловят рачков и червей, оставляя на субстрате восьмиугольные отметины.