訓練されていない目には、ほとんどの化石は色で破裂しているようには見えません。 化石の色に関する最初の科学的分析はわずか10年前に発表されましたが、最近まで、先史時代の世界のカラーパレットを決定することは克服できない課題のようでした。
アイルランドのコーク大学の古生物学者であるマリア・マクナマラは、化石の証拠をつなぎ合わせて過去のカラフルな絵を描いています。 人々が古生物学について考えるとき、彼らはしばしば硬い歯と骨について考えますが、動物のより柔らかい部分、例えば皮膚、筋肉組織、内臓は、化石記録にも保存できます。 もちろん、スクイーズのものは通常腐りますが、軟組織はまさにマクナマラが探している種類の標本であるため、はるかにまれです。 彼女は昆虫や脊椎動物の組織を研究して、これらの生き物がどのように見え、彼らが環境とどのように相互作用したか、捕食者がどこに住んでいるか、どこに住んでいるか、交尾の習慣などを想像します。
マクナマラは、3月29日金曜日にワシントンDCで開催されたスミソニアン国立自然史博物館の「Life's Greatest Hits：Key Events in Evolution」シンポジウムで、化石の中の色の残骸を見つける作業について議論します。 Smithsonian.comは彼女の講演に先立ち、古代世界の色についてさらに学ぶためにマクナマラに話を聞きました。
科学的に言えば、色とは何ですか？
色は単に可視光です。 400ナノメートルと700ナノメートルの波長の間でエネルギーを散乱させるものはすべて、科学者が可視光と呼ぶものです。 人間の目は、そのウィンドウ内のエネルギーのわずかな違いを認識するように訓練されています。 他の動物はその窓を越えて色を見ることができます。 たとえば、鳥は紫外線に敏感なので、より短い波長のエネルギーを知覚できます。 多くの昆虫は、紫外光や潜在的にはより長い波長の赤外光も見ることができます。 あなたが色と呼ぶものは本当にあなたがどんな動物であるかに依存します。
最も簡単に言えば、色は私たちが知覚できるエネルギーの形であり、波長が異なれば色も異なります。
自然界では色はどのように発達しますか？
色は2つの異なる方法で生成できます。 動物を含む多くの現代の生物は、色素を使用して色を作り出します。 顔料は、特定の波長の光を選択的に吸収する化学物質です。 たとえば、葉の中のクロロフィルの分子はスペクトルの赤と青の部分のすべての波長を吸収し、緑と黄色を反映しているため、植物の葉は緑に見えます。
昆虫は地球上の動物の主要な形態であり、100万種以上が記載されており、おそらく15倍もの未知数が残っています。 昆虫の中で、甲虫は最も成功し、カラフルなグループの1つであることが証明されており、すべての昆虫種の40％とすべての動物種の30％を占めています。 （チップクラーク/スミソニアン研究所） 植物で最も一般的な色素はクロロフィルですが、動物では、最も一般的な色素のいくつかはメラニンです。 彼らは私たちの髪の色を生成します。 たとえば、菌類の茶色や、鳥の羽の暗い色を生成します。
また、カロテノイドと呼ばれる一般的な色素もあり、これらは植物によってのみ生産されます。 しかし、多くの動物は食事中にカロテノイドを摂取し、それらを使用して組織を着色します。 そのため、たとえば、米国の東海岸でよく見られる枢機inalの赤い色は、鳥が果物や果実の食事で摂取するカロテノイドによって生成されます。 フラミンゴのピンクの羽は、小さなエビが食べる藻類のカロテノイドに由来しています。これは鳥のお気に入りの食事です。
しかし、実際には色を生成するこのまったく異なる方法があり、それは構造色と呼ばれます。 構造色は顔料をまったく使用せず、代わりにナノスケールで非常に華やかな組織構造を使用します。 基本的に、一部の動物の組織は、ナノメートルレベルで、つまり光の波長と同じスケールで、非常に複雑な構造に折りたたまれます。 これらの構造は、光が生体組織を通過する方法に影響を与えるため、本質的に特定の波長をフィルターで除外し、非常に強い色を生成できます。 実際、構造色は、私たちが自然界で得る最も明るい色であり、最も強い色です。
これらの化石を研究するとき、どのような種類の色、または色を生成するさまざまな構造を探しますか？
色の勉強を始めたとき、私は化石昆虫の構造色を使っていました。 私はこれらの金属性昆虫を見始めました。 彼らは明るい青、赤、緑、黄色を示しましたが、これらの色を生み出しているものを実際に研究した人はいませんでした。カブトムシの断片の単一の研究がありました。
そこで、私は多くの異なる化石産地からこれらの昆虫約600を研究し、一部の協力者と一緒に、小さな化石のサンプルを採取する許可を得ました。 私たちがこれを行ったとき、私たちがどの種を見ていたかに関係なく、これらの着色された昆虫のこれらの構造はすべて、多層反射体と呼ばれる構造によって生成されました。 微視的には、基本的には非常に薄い層が多く、厚さがわずか100ナノメートルのサンドイッチのように見えます。 多くの現代の昆虫は、これらを外殻に持っています。 レイヤーが多いほど、散乱する色が明るくなります。
ラボでの化石化プロセスを再現するために、タフォノミー研究で使用された3つのコガネムシ甲虫分類群の写真。 その過程で、甲虫の色が変わりました。 （G.オーディン、M。マクナマラ他/ Journal of The Royal Society Interface 1742-5662） 私たちは、光子と呼ばれる光の粒子と干渉する小さな、複雑な層状構造である3次元フォトニック結晶など、他の構造が見つからない理由を見つけることに興味がありました。 構造は、ダイヤモンド構造、立方体構造、六角形構造、さらに複雑な構造にねじれている場合があります。 多くの現代の昆虫や蝶はこれを表示します。 たとえば、現代のモルフォ蝶は、3Dフォトニック結晶を含む鱗を持つこの素晴らしい青い熱帯蝶です。 それで、「なぜ化石記録でこれらを見つけられなかったのか？」
他の色を生み出す構造が現代の昆虫に存在するのに、なぜあなたは化石に多層反射構造だけを見ていると思いますか？
タフォノミーと呼ばれる実験的な化石化を行いました。 実験室で多層反射体と3Dフォトニック結晶の両方を劣化させることにより、化石化プロセスの側面を再現しました。 どちらも実験を生き延び、これらの3Dフォトニック結晶は、多層反射体と同じ化石化の可能性を秘めているため、どこかの化石記録に含まれている必要があります。
数年前に調査を開始し、化石昆虫の3Dフォトニック結晶の最初のケースを報告しました。 現場でそれらを見つけた例は非常に小さいので、多くの場合、それらは見落とされているだけかもしれません。
化石化プロセスで色が変わることはありますか？
私たちが遭遇する問題は、保存された色が実際の色であるかどうかです。 最初に、構造の化学を現代の昆虫と同じであると仮定して研究しました。つまり、同じように光を曲げると仮定しました。 しかし、これらの値をコンピューターモデルに入力すると、機能しませんでした。 モデルは、化石の色が化石化の間に実際に変化したことを教えてくれました。
私たちの実験では、変化が過剰な圧力によるものであり、さらに重要なこととして、安定した温度によるものであることがわかりました。 物理的構造が縮小するため、温度はこれらの構造色の色の変化を実際に促進します。
絶滅した動植物の色を研究するとき、どの種が最良の証拠を残しますか？
特定の種の場合ではなく、正しい方法で物を保存する場合です。
これまでに行われた研究のほとんどは、鳥または恐竜の羽の羽について行われ、それらはすべて炭酸化圧縮として保存されています：巨大な圧力の下で堆積岩に形成された化石。 これは、メラニン以外の色の原因となる羽の部分を保存しないため、問題があります。
現存する鳥類では、メラニンはほぼ遍在しており、メラニンの効果は他の色素の存在によって変化します。 そのため、枢機inalの赤い羽を再び取ると、それらは赤く見えますが、内部にはカロテノイドとメラノソームが含まれています。 その鳥の羽が化石化すると、カロテノイドが劣化し、残されるのはメラノソームだけになります[そして、あなたは枢機knowが赤いことを知りません]。
私たちが考えている化石鳥や羽毛恐竜の多くの再構築が、私たちが考えているように生物の色を代表していないかもしれないという非常に現実的な危険があります。 化石にメラニンの証拠が見つかった場合、それは実際の色相ではなく、パターンを示している可能性があります。 したがって、これらの炭酸化石は恐らく化石の色の研究には理想的ではないと主張します。
科学者はまだ色の恐竜が何であるかを知りませんが、この翼竜のように羽と毛皮の化石の証拠を研究して、陰影のアイデアを得ることができます。 （Z.ヤン、B。ジャン、M。マクナマラ他/ Nature Ecology＆Evolution 3、24–30（2019）） どのタイプの化石が色を最もよく維持しますか？
鉱物のリン酸カルシウムに保存されている化石を探すべきだと思います。 これは、2016年に調査したヘビの場合です。ヘビの色は保持されています。 ヘビの皮全体がリン酸カルシウムで保存されています。 リン酸カルシウムの美しさは、すべてを保存することです。 現代の爬虫類で色を作り出す3種類の色素を含む、皮膚の色素全体が保存されています。 赤と黄色の構造色、および暗い色を保持します。
リン酸カルシウムですべてをロックしたこれらの種類の化石は、実際には、炭酸化圧縮よりも化石色の研究のはるかに良いターゲットです。
では、恐竜は何色だったのでしょうか？
これらの色パターンでメラニンを持っているさまざまな羽毛恐竜がいます。現代の鳥では、メラニンの着色は他の色素によって変更されています。 これらの他の顔料は化石として保存されていないため、現時点では確認できません。
本当によく保存されている恐竜の皮膚が見つかった場合、色をより詳細に再構築できる可能性が高くなります。 問題は、ほとんどの恐竜の皮膚が印象として保存されることです。 あなたが実際に薄い有機または無機化されたフィルムを保持する多くの例がありますが、いくつかは研究されていますが、実際に顔料の詳細を生み出したものはありません。
今日、私たちは明るい色を捕食者への有毒な警告として、または仲間を引き付ける豪華なディスプレイ、またはカモフラージュとして機能する他のより微妙な色としてしばしば見ます。 色は最初のカラフルな動物にどのような目的を果たしましたか？
多くの恐竜にはカウンターシェーディングがあります。これは背中と側面の色が濃く、腹の色が薄い場合です。 これは、多くの現代動物で使用されている戦略で、強い光の環境で体の輪郭を壊すのに役立ちます（そしてカモフラージュを提供します）。
私たちが調べた羽のある恐竜では、尾に非常に印象的なバンディングがあります。 この種のバンディングは、今日の動物では非常に一般的であり、身体の他の領域で発生する場合、通常はカモフラージュに使用されます。 しかし、この特定の恐竜では、尾に局在しています。 そのため、現代の動物の尾の高い色のコントラストは、性交のシグナル伝達でよく使用されます。
私たちが研究した化石ヘビは、ほぼ間違いなくカモフラージュに色を使用していました。 それはその長さに沿って非常に印象的なしみがあり、それらのしみはおそらく強力な光で体の輪郭を壊す破壊的な迷彩として再び役立ったでしょう。
鮮やかな青色のモルフォペレイデスバタフライ。3Dフォトニック結晶構造を持ち、明るい色相を作り出します。 （Marka / UIG / Getty Images） 私たちが構造色で調べた化石someといくつかの化石昆虫は、緑色が非常に印象的だったため、それらの色が二重の機能を果たしているという感覚を得ました。 昆虫が植生に隠れている場合、そのような色は謎めいていますが、これらの蝶が宿主植物を食べていた場合、花の花弁とシャープな色のコントラストがあったでしょう。 多くの昆虫はこれを警告信号として使用して、捕食者が近くにいることを宣伝します。
軟部組織を研究するにはどのような新しいツールが必要ですか？また、これまで化石からは学習できなかったことを何を学ぶことができますか？
10年前、化石が色を保持できるという概念全体はレーダー上ではほとんどありませんでした。研究は1つしかありませんでした。 12年前は、これが可能であることを誰も知りませんでした。
材料の表面の分子フラグメントを調べるいくつかの質量分析技術がありますが、すべてのフラグメントが診断できるわけではありません。 メラニン分子のユニークなフラグメントを生成する化学的手法があるため、それらを他のものと混同することはできません。 人々は、化石の無機化学にも注目しており、色の裏付けとなる証拠を回復しようとしています。
だから、タフォノミー、組織化学、色の証拠を考慮することは本当に重要であり、化石化の影響から生物学をからかうための本当に良い方法は、実験をすることです。
2019年3月29日に開催されるシンポジウム「Life's Greatest Hits：Key Events in Evolution」は、国立自然史博物館で午前10時から午後4時30分まで開催され、10人の国際的に称賛された進化生物学者および古生物学者を特集しています。 チケットはこちらから入手できます。
