Впервые расшифрована химическая "подпись" пигмента, придающего коже и волосам красно-рыжие оттенки

Мышь Apodemus atavus в представлении художника. Учёные установили, каким был окрас млекопитающего возрастом три миллиона лет.

Иллюстрация Stuart Pond, Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory.

Окаменелые останки мыши вымершего вида Apodemus atavus.

Фото University of Gottingen.

Химический состав ископаемых останков мыши. Синим цветом обозначен кальций в костях, зелёным – цинк, красным – особый тип органической серы. Жёлтым выделены области, богатые соединениями серы и цинка.

Фото SLAC National Accelerator Laboratory.

Палеонтологи порой находят прекрасно сохранившиеся останки древних животных с фрагментами окаменелых перьев, чешуи, меха и других мягких тканей. Но даже по таким подсказкам сложно восстановить истинный облик существа, например, понять, каким был его окрас. Проблема заключается в том, что мягкие ткани очень быстро разлагаются и утрачивают пигментацию.

Однако в ходе новой работы международная команда учёных сумела идентифицировать цветные пигменты в окаменелых останках мыши возрастом около трёх миллионов лет. Прорывная методика, которую использовали специалисты, позволит получить представление об окрасе множества вымерших животных, при этом не причиняя совершенно никакого вреда их останкам (чем грешат некоторые другие методики археологов и палеонтологов).

Исследователи поясняют: чтобы определить наличие того или иного пигмента, необходимо знать его химическую "подпись" (или сигнатуру). Так, десять лет назад специалисты использовали высокоэнергетический синхротронный рентген (high-energy X-rays), чтобы идентифицировать ключевые химические признаки пигмента эумеланина, который окрашивает кожу, волосы или шерсть и другие ткани в чёрный, тёмно-коричневый и серый цвета. В 2012 году эксперты доказали, что именно этот пигмент окрасил перо археоптерикса в чёрный цвет.

Однако его родственный пигмент под названием феомеланин, придающий тканям красные, рыжие и жёлтые оттенки, выявить было куда сложнее. Отчасти потому, что у учёных имелось относительно мало данных о химическом составе этого пигмента. Кроме того, феомеланин менее стабилен, и следы его присутствия сложнее обнаружить в древних окаменелостях.

В 2016 году команда под руководством Ника Эдвардса (Nick Edwards) из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики США изучила различные следы металлов в пигментах перьев современных птиц. Оказалось, что эумеланин содержит медь, а феомеланин – цинк и серу. Тогда исследователи предположили, что это отличие может стать ключевой подсказкой в обнаружении красного пигмента в окаменелых останках.

Чтобы проверить эту идею, группа Эдвардса и профессора Фила Мэннинга (Phil Manning) из Манчестерского университета проанализировала окаменелые останки мыши вымершего вида Apodemus atavus. Его представители обитали на территории современной Германии три миллиона лет назад.

У современных родственников этих грызунов, таких как европейская лесная мышь, красноватый мех. Поэтому исследователи полагали, что ископаемая особь A. atavus также могла иметь подобную окраску.

Окаменелые останки мыши вымершего вида Apodemus atavus.

Останки, сохранившие фрагменты мягких тканей и шерсти, учёные "искупали" в интенсивных рентгеновских лучах, а также применили комбинацию из ряда других методик визуализации (в частности, визуализацию химических структур).

В результате они обнаружили характерный "пигментный остаток" в тех фрагментах, где сохранилась мышиная шерсть. Анализ выявил в мягких тканях следы металлов, которые образуют такие же соединения с органическими веществами, как у современных животных, в тканях которых присутствует большое количество феомеланина.

Так учёные установили, что особь вида A. atavus имела коричневый или красноватый мех, а живот мыши был белым.

Химический состав ископаемых останков мыши. Синим цветом обозначен кальций в костях, зелёным – цинк, красным – особый тип органической серы. Жёлтым выделены области, богатые соединениями серы и цинка.

Но ещё важнее, что эта работа позволила впервые определить химическую "подпись" феомеланина.

Теперь, когда специалисты знают, что и как им искать, они сумеют определить присутствие красного пигмента в гораздо более древних окаменелостях и установить истинный облик многих ископаемых существ.

Для эволюционистов и палеобиологов эти данные будут бесценными, ведь, как известно, окрас животных играет важнейшую роль в их выживании и эволюционном развитии (к примеру, у динозавров окрас был тесно связан с их физиологией).

Кроме того, подобные методы позволят исследователям идентифицировать не только пигменты, но и другие химические соединения, к примеру, белки, специфичные для определённых тканей. Такие данные помогут выявить видовые отличия животных и понять, когда они появлялись и как развивались с течением времени.

"Это была кропотливая работа, включающая физику, палеонтологию, органическую химию и геохимию. Мы впервые смогли обнаружить химические следы красного пигмента в ископаемом животном материале. Теперь мы понимаем, что искать в будущем, и мы надеемся, сможем с большей уверенностью восстанавливать облик вымерших животных. Тем самым мы добавим ещё одно измерение в изучении эволюции", – резюмирует соавтор исследования профессор Рой Вогелиус (Roy Wogelius) из Манчестерского университета.

Более подробное описание этой прорывной работы содержится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Напомним, что исследователям уже известен окрас многих древних существ – "радужных" оперённых динозавров, травоядных динозавров с камуфляжем и доисторических морских монстров. Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, какого цвета яйца несли динозавры и какова была окраска крыльев бабочек 200 миллионов лет назад.