Barwy północnej tarczy

3 sierpnia 2020
Blog szalonych naukowców

Dinozaury – dawne, potężne jaszczury, po których pozostały tylko kości… Pogląd ten coraz bardziej się dezaktualizuje. No dobrze, znamy jakieś 10 tys. współczesnych przedstawicieli teropodów, część z nich regularnie jadamy, inne dokarmiamy, a jeszcze inne zostawiają na parapecie niechciane ślady swej bytności. Co jednak możemy powiedzieć o wymarłej grupie dinozaurów ptasiomiednicznych? Czyż nie pozostały po nich kości? Nigdy się nie dowiemy, jak wyglądały? Ładne obrazki w książkach to w dużej mierze wizja artysty, a my nawet nie wiemy, jakiego te stwory były koloru…

Podobnie utyskiwano w astronomii. Jako dowód ograniczeń naszej wiedzy podawano temperaturę gwiazd – tak dalekich, że wszelki bezpośredni pomiar był z oczywistych przyczyn niemożliwy. Potem zorientowano się, że temperatura wiąże się w prosty sposób z barwą i po wprowadzeniu poprawki na efekt Dopplera (w tym przypadku zmiana barwy wynikająca ze zmian długości fali przybliżających bądź oddalających się od obserwatora obiektów) temperaturę powierzchniowych warstw można określić bardzo dobrze. Czerwona Betelgeza musi być chłodniejsza niż niebieskawy Rigel.

Wracając do dinozaurów: kolejnego odkrycia dokonano w Albercie, kanadyjskiej prowincji zasobniejszej w skamieniałości niż niejeden kraj (świadczą o tym nazwy: albertozaur, albertaceratops i kilku innych prehistorycznych stworów). W Suncor Millennium Mine w Fort McMurray, wśród skał powstałych w kredzie wczesnej, znaleziono pozostałości nieznanego dinozaura. Obejmowały kości głowy, szyi, część tułowia czy kończyn. Odnaleziono pozostałości ciężkiego szkieletu pokrywającego ciało, tworzonego przez łuski, płyty kostne i kolce, wskazujące na przynależność zwierzęcia do dinozaurów pancernych, ankylozaurów, i rodziny nodozaurów. W przypadku tego znaleziska, nazwanego Borealopelta, co oznacza „północną tarczę” (łacińskie borealis, północny, i greckie pelta, tarcza), zachowało się coś więcej.

W przypadku dzisiejszych rogatych zwierząt kość stanowi jedynie wewnętrzną część rogu. Z zewnątrz pokrywa ją osłonka budowana przez białka z grupy keratyn (tworzą też nasze włosy czy paznokcie). Jako substancja organiczna rzadko zachowuje się ona w tworzącym skamieniałości procesie fosylizacji. W tym wypadku zachowały się nie tylko pozostałości keratyny, ale także resztki pigmentu.

Większość zwierząt zawdzięcza kolory dwóm odmiennym mechanizmom. Jeden opiera się na obecności pigmentów, czyli barwników, rozmieszczonych zwykle w specjalnych organellach komórkowych zwanych chromatoforami. Drugi obejmuje tzw. barwy strukturalne, a efekt uzyskiwany jest dzięki własnościom fizycznym ciała. W istocie oba sprowadzają się do oddziaływania światła z danymi mikroskopowymi strukturami.

Jeśli widzimy coś w kolorze, to dlatego, że odbieramy nadlatujące fotony o charakterystycznej częstotliwości, od której zależy ich energia. Rośliny są zielone m.in. dlatego, że światło zielone słabo się nadaje do fotosyntezy, absorbując fale z innej części widma, odbijają niepotrzebne światło zielone, które potem, jak kiedyś pisał na tym blogu Piotr Panek, koi naszą psychikę. Zakres pochłanianego światła zależy od budowy chemicznej danego związku. Większość wiązań chemicznych pochłania światło o trochę większej od widzialnego energii, ultrafioletowe. Jeśli jednak nawet prosty związek ma kilka wiązań podwójnych C=C, zwłaszcza sprzężonych, czyli rozmieszczonym na przemian z pojedynczymi, łatwiej absorbuje (nie tylko) fotony, wzbudzi się, łapiąc foton o niższej energii. A więc wyłapie nam fioleto-niebieski skraj światła widzialnego. Odbije światło czerwone, pomarańczowe. Przykładem, mądrze mówiąc, układ sprzężonych wiązań karotenoidów, czyli, prostszymi słowy, marchewka.

Te same właściwości wiązań pozwalają na zastosowanie spektroskopii i identyfikację związków chemicznych. Wracając do Borealopelta, tym właśnie sposobem w skamieniałościach wykryto melaniny, a więc barwniki, którym i my zawdzięczamy kolory. Ciemniejsze eumelaniny rozmieszczone były bardziej grzbietowo, jaśniejsze feomelaniny – po brzusznej stronie ciała. Takie rozmieszczenie barwnika, countershadowing, obserwowane jest często wśród dzisiejszych zwierząt i pozwala na lepszy kamuflaż. Oznacza to, że nawet tak opancerzone stworzenie musiało ukrywać się przed atakującymi je drapieżnikami (zapewne dinozaurami z grupy teropodów). Udało się także stwierdzić, że za życia Borealopelta nosiła czerwienie i brązy. Jakieś 110 mln lat temu.

Marcin Nowak

Bibliografia:

  • Caleb M. Brown, Donald M. Henderson, Jakob Vinther, Ian Fletcher, Ainara Sistiaga, Jorsua Herrera i Roger E. Summons. An exceptionally preserved three-dimensional armored dinosaur reveals insights into coloration and Cretaceous predator-prey dynamics. „Current Biology”. 27 (16), s. 2514–2521.e3, 2017

Ilustracja:

  • ケラトプスユウタ: Borealopelta, the Suncor Nodosaur, za Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
  • Nobu Tamura: Restoration of Borealopelta markmitchelli, za Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0