В исследовании, сравнивающем волосы, кожу, пух и перья живых наземных позвоночных и ископаемых образцов, исследовательская группа из Техасского университета в Остине, Университета Акрона, Китайского университета геонаук и четырех других китайских институтов нашла доказательства эволюционного изменения в правилах, которые регулируют взаимосвязь между цветом и формой содержащих пигмент органелл, известных как меланосомы, как сообщалось в выпуске журнала Nature от 13 февраля.В то же время команда неожиданно обнаружила, что древние динозавры-манирапторы, паравианцы, а также живые млекопитающие и птицы уникально разделяли эволюционное развитие различных форм и размеров меланосом. (Разнообразие формы и размера меланосом позволяет ученым расшифровать цвет.) Эволюция разнообразных меланосом в этих организмах повышает вероятность того, что форма и размер меланосом могут дать представление о физиологии динозавров.
Меланосомы были в центре недавних исследований, которые побудили ученых предложить цвета древних ископаемых образцов, покрытых пухом или перьями.Меланосомы содержат меланин, самый распространенный светопоглощающий пигмент, обнаруживаемый у животных.
Изучая форму меланосом по ископаемым образцам, ученые недавно предположили цвет нескольких древних видов, включая впервые обнаруженного нечеткого пернатого динозавра Sinosauropteryx и пернатых видов, таких как Microraptor и Anchiornis.Согласно новому исследованию, декодирование цвета хорошо работает для некоторых видов, но цвет других может быть сложнее, чем думали, чтобы восстановить.Сравнивая меланосомы 181 сохранившегося образца, 13 ископаемых образцов и все ранее опубликованные данные о разнообразии меланосом, исследователи обнаружили, что живые черепахи, ящерицы и крокодилы, которые являются эктотермическими (обычно называемыми хладнокровными), демонстрируют гораздо меньшее разнообразие форм меланосомы, чем птицы и млекопитающие, которые являются эндотермическими (теплокровными, с более высокой скоростью метаболизма).
Ограниченное разнообразие форм меланосом среди живых эктотерм показывает слабую корреляцию с цветом. То же самое и с ископаемыми образцами архозавров с нечетким покровом, которые ученые описали как «праоперья» или «пикнофибры». В этих образцах форма меланосом ограничена сферическими формами, такими как у современных рептилий, что ставит под сомнение способность расшифровать цвет этих образцов по ископаемым меланосомам.Напротив, в линии динозавров, ведущей к птицам, исследователи обнаружили взрыв разнообразия форм и размеров меланосом, который, по-видимому, коррелирует со взрывом цвета внутри этих групп.
Сдвиг в разнообразии произошел внезапно, недалеко от происхождения перистых перьев у манирапторных динозавров.«Это указывает на глубокое изменение в довольно дискретном моменте», — говорит автор Джулия Кларк из Техасского университета в Школе геонаук Джексона в Остине. «Мы наблюдаем взрыв разнообразия меланосом прямо перед началом полета, связанным с происхождением перьев».
Что удивило исследователей, так это сходство в структуре разнообразия меланосом у древних динозавров-манирапторан, паравианцев и живых млекопитающих и птиц.«Только у живых теплокровных позвоночных, которые независимо развили более высокую скорость метаболизма, мы видим разнообразие меланосом, которое мы также наблюдаем у пернатых динозавров», — сказал соавтор Мэтью Шоуки из Университета Акрона.Многие из генов, участвующих в цветовой системе меланина, также участвуют в других основных процессах, таких как потребление пищи, ось стресса и репродуктивное поведение. Из-за этого, отмечают исследователи, возможно, что эволюция различных форм меланосом связана с большими изменениями в энергетике и физиологии.
Форма меланосом может стать новым инструментом для изучения эндотермии на ископаемых образцах, что, как известно, является сложной задачей для палеонтологов.Поскольку взрыв разнообразия меланосом, по-видимому, произошел прямо у происхождения перистых перьев, это изменение может указывать на то, что ключевой сдвиг в физиологии динозавров произошел до возникновения полета.«Мы далеки от понимания точной природы сдвига, который мог произойти», — говорит Кларк. «Но если изменения в генах, участвующих как в окраске, так и в других аспектах физиологии, объясняют паттерн, который мы видим, они предшествуют полету и возникают близко к происхождению перьев».
Возможно, отмечает Кларк, что разнообразие формы меланосом (и коррелированных изменений цвета) было результатом возросшей эволюционной роли передачи сигналов и полового отбора, что оказало влияние на физиологию, или что изменение физиологии близко предшествовало изменениям в цветовой структуре. . На данный момент, подчеркивает она, обе идеи являются спекулятивными.«Интересно то, что попытки разобраться в цвете вымерших животных, возможно, только начали давать нам некоторое представление об изменениях в физиологии динозавров».