Nežinomos dinozaurų spalvos

Suakmenėjusiose plunksnose aptiktos mažytės pigmento granulės padeda mokslininkams nustatyti, kokių spalvų buvo dinozaurai. Anksčiau tai atrodė neįmanoma. Radinys ne tik atskleidžia priešistorinių gyvūnų spalvas, bet ir suteikia naujos informacijos apie jų sandarą, plunksnų vystymąsi.

Daugelį šimtmečių dinozaurai buvo vaizduojami kaip rudos, žalios ir pilkos spalvos žvynais apaugę, panašūs į roplius gyvūnai. Praėjusį dešimtmetį aptiktas nedidelis, plunksnotas mėsėdis dinozauras visiškai pakeitė šį įvaizdį. Regis, šiandien jis dar labiau pasikeis. Du mokslininkai, suakmenėjusiose dinozaurų plunksnose aptikę mikroskopinių pigmento granulių, atskleidė dar vieną paslaptį. Jie nustatė, kokių spalvų buvo dinozaurai.

„Tai nuostabus atradimas, paaiškėjo, kad pigmento dalelių išliko beveik visose suakmenėjusiose plunksnose“, – sako Anglijos Bristolio universiteto paleontologas Mike‘as Bentonas, vadovaujantis vienai mokslinių grupių, tyrinėjančių šią sritį.

Mažyčių spalvos dalelių atradimas pradėjo visiškai naują paleontologijos sritį. Mokslininkai pirmą kartą rekonstravo senovės gyvūnų spalvas. Šį atradimą 2008 metais paskelbė Jeilio universiteto doktorantas danas Jakobas Vintheris. Neseniai šis jaunas mokslininkas, taip pat pirmasis, rekonstravo viso dinozauro kūno spalvas. Tai didelis paleontologijos mokslo žingsnis.

„Mes ne tik galime nustatyti dinozauro spalvas, bet, visų įdomiausia, turime galimybę nemažai sužinoti ir apie jų sandarą bei gyvenseną“, – sako Jakobas Vintheris.

Spalvos suteikia daug svarbių žinių apie dinozaurų gyvenimą ir gyvūnijos raidą iki pat šių dienų, jos taip pat paaiškina paukščių kilmę. Plunksnų skraidymo funkcija buvo laikoma svarbiausiu paukščių išlikimo ir raidos veiksniu. Tačiau nauji tyrimai rodo, kad pirmosios plunksnos visiškai nebuvo susijusios su skraidymu.

„Jei aptinkame suakmenėjusią ilgą plunksną, paaiškėja, kad ji buvo spalvota, su dryžiais. Tuo pasižymėjo ir plunksnos, dar neturėjusios aerodinaminių savybių. Per artimiausius 5–10 metų mes galėsime atsakyti į visiškai naujus klausimus. Šis mūsų laikotarpis be galo įdomus“, – teigia JAV Teksaso universiteto paleontologė, Jakobo Vintherio bendradarbė Julia Clarke.

Atsiradus tokiems dinozaurams kaip Anchiornis huxleyi, plunksnos įgijo dar vieną funkciją – sklandymo. Šiam dinozaurui būdingi keturi sparnai. Sklandančių dinozaurų priekinės ir užpakalinės galūnės bei kojų pirštai buvo apaugę ilgomis kontūrinėmis plunksnomis. Plunksnota buvo ir uodega. Manoma, kad tokia dinozauro sandara leido jam sklandyti nuo medžio ant medžio.

Idėją mokslininkams pakišo kalmaras

Idėja iš fosilijų nustatyti spalvas 2006 metais kilo Jakobui Vintheriui tyrinėjant suakmenėjusius kalmarus. Mokslininkai aptiko juodą gniutulą, o šis pasirodė besąs suakmenėjęs, bet nepaprastai gerai išsilaikęs kalmaro rašalas, sudarytas iš melanino molekulių. Kai Jakobas Vintheris nustatė, kad 150 milijonų metų amžiaus kalmaro melanino struktūra visiškai atitinka šiuolaikinių kalmarų, jam kilo mintis, kad melanino turėtų būti ir kitur.

Gyvūnijos pasaulyje melanino esama visur – nuo vabzdžių iki žinduolių. Iš pradžių buvo tiriamos tik plunksnų spalvos. Vėliau Jakobas Vintheris pamanė: jeigu galima nustatyti vienos plunksnos spalvas, tai pasitelkus pastarųjų metų radinius iš Kinijos būtų galima nustatyti ir viso dinozauro spalvas.

Paukščių plunksnų ir kalmaro rašalo melanino struktūra ir išsidėstymas skiriasi. Plunksnose gaminamos mažytės melanino granulės vadinamos melanosomomis. Jos plunksnoje rikiuojasi tam tikra tvarka. Šiuolaikinių paukščių plunksnose aptinkama dviejų tipų pigmento granulių. Vienos melanosomos būna pailgos, panašios į dešreles, kitos – trumpos ir apvalios kaip kukulaičiai. Pirmojo tipo granulės lemia juodą spalvą ir vadinamos eumelaninu, o trumposios suteikia raudonus atspalvius ir vadinamos feomelaninu.

Jakobas Vintheris nusprendė patikrinti savo idėją – jis ėmėsi tyrinėti 54 milijonų metų paukščio fosiliją su gerai išsilaikiusia įspūdinga plunksnų karūna aplink galvą. Elektroniniu mikroskopu milijoną kartų padidintas plunksnos vaizdas atvėrė mokslininkui visiškai naują, nuostabų pasaulį.

„Aš pamačiau jūrą granulių, pasklidusių po visą plunksnos bandinio gabalėlį. Tai buvo tiesiog fantastiška“, – pasakoja jaunasis mokslininkas. Jakobo Vintherio vadovas, žinomas paleontologas Derekas E.G. Briggsas, reagavo gana skeptiškai. Jis tepasakė: „Aš tai jau mačiau, tai bakterijos.“

Derekas K.Briggsas parašė keletą straipsnių ir juose pateikė argumentų, kad pailgos formos granulės turėtų būti bakterijos. Ar galėjo atsitikti taip, kad profesorius klydo, o doktorantas buvo teisus? Briggsas žinojo, kad atsakymą galima rasti 100 milijonų metų amžiaus suakmenėjusioje plunksnoje su juodais ir baltais dryžiais, aptiktoje Brazilijoje. Jei granulių esama tik tose plunksnos vietose, kurios yra juodos, tuomet tai turėtų būti spalvos pigmentas. Kaip tik tai ir patvirtino Jakobas Vintheris, plunksną ištyręs elektroniniu mikroskopu.

Atsivėrė daugybė galimybių. Mokslininkai pirmiausia ištyrė Vokietijoje, Meselio radavietėje, aptiktą paukščio plunksną. 2009 metais gauti rezultatai parodė, kad suakmenėjusi plunksna buvo metalinio, blizgančio atspalvio, panašaus į dabartinių antinų. Vis dėlto labiausiai visiems magėjo nustatyti dinozaurų spalvas.

Kolegos iš Kinijos padėjo gauti fosilijų

2009 metais mokslininkų grupei pavyko nuvykti į Kiniją. Pekino universiteto paleontologas Gao Ke-Qinas ir jo kolega Pekino Gamtos istorijos muziejaus mokslininkas Li Quannguo užsienio tyrinėtojams parodė turimas fosilijas.

Vienos iš fosilijų Anchiornis huxleyi plunksnos buvo puikiai išsilaikiusios. Buvo net galima matyti, iš kurios dinozauro kūno vietos išaugusios plunksnos. Mokslininkai paėmė mažyčių, aguonos grūdelio dydžio, akmens mėginių iš 29 skirtingų fosilijos vietų. Beveik visuose mėginiuose jie aptiko melanosomų. Kad būtų galima nustatyti, kokių spalvų buvo suakmenėjusi plunksna, JAV Akrono universiteto mokslininkas Matthew Shawkey sukūrė statistinį modelį. Tyrinėtojas 36 šiuolaikinių paukščių plunksnas suskirstė į grupes po 12 juodų, 12 pilkų ir 12 rusvų plunksnų ir pigmento granulių formą bei išsidėstymą kiekvienoje iš jų susiejo su spalvomis ir atspalviais. Modelis išėjo gana tikslus, devyniais atvejais iš dešimties mokslininkai spalvas juo nustato teisingai.

„Tai pirmas kartas, kai galime pamatyti, kuo skiriasi, pavyzdžiui pilkos ir rudos spalvos sandara“, – aiškina Jakobas Vintheris.

Pasitelkdami naująjį modelį mokslininkai pabandė nustatyti ir dinozaurų spalvas. Pasirodė, kad Anchiornis huxleyi ant galvos turėjo rusvą kuodą ir tokios pat spalvos dėmes ant skruostų. Nugara ir didesnė viso kūno dalis buvo pilka, o ilgos sparnų ir kojų plunksnos – baltos su juodais galiukais, todėl atrodė, kad plunksnų raštas dryžuotas. Pasak mokslininkų, iš pradžių ilgosios plunksnos buvo dinozaurų bendravimo priemonė.

Iš žinduolių fosilijų, pavyzdžiui, Vokietijoje rastos 47 milijonų amžiaus Meselio Idos, greitai bus galima nustatyti šių gyvūnų spalvas.

Spalvos pigmentas patvirtina dinozaurų plunksnotumą

Tuo pat metu kitoje Atlanto vandenyno pusėje grupė mokslininkų priėjo tą pačią išvadą. Bristolyje dirbantis Mike‘as Bentonas kartu su Kinijos mokslų akademijos paleontologu Fuchenu Zangu ištyrė seniausios žinomos plunksnos spalvas. Jie nustatė, kad į siūlelius panašūs kuokšteliai, augę nuo Sinosauropteryx galvos iki nugaros, yra tikrai plunksnos.

Apie šias ankstyvąsias plunksnas diskutuota nemažai. Kai kurie mokslininkai manė, kad į siūlelius panašios struktūros visai ne plunksnos, o jungiamojo audinio gijos. Klausimas taip ir liko neišspręstas, kol Bristolio mokslininkai 2008 metais neperskaitė Jakobo Vintherio straipsnio. Jeigu Sinosauropteryx siūlelių kuokšteliuose būtų pigmento granulių, tai įrodytų plunksnų buvimą. Paaiškėjo, kad kuokšteliai išties yra plunksnos, nes juose aptikta apvalios formos pigmento granulių. Ištyrinėję granulių išsidėstymą ir struktūrą mokslininkai nustatė, kad Sinosauropteryx buvo rusvas su baltai dryžuota uodega.

Bentono tyrimas įrodo, kad pirminė plunksnų paskirtis nebuvo susijusi su skraidymu ir kad jau pirmosios plunksnos buvo įvairių spalvų ir raštų. Veikiausiai pirmosios plunksnos atliko tą patį vaidmenį kaip žinduolių kailis, tai yra saugojo nuo žalingų ultravioletinių saulės spindulių ir laikė šilumą. Taip pamažu buvo atskleista plunksnų raida – nuo primityvių, skirtų dar ir bendravimui, iki sudėtingesnių, skraidyti reikalingų plunksnų. Kas tiksliai paskatino plunksnų išsivystymą, nėra visiškai aišku, tačiau naujausi dinozaurų radiniai rodo, kad bene svarbiausias jų vaidmuo buvo susijęs su poravimusi.

2008 metais Fuchenas Zhangas drauge su kolegomis paskelbė aptikę nedidelį plunksnotą dinozaurą Epidexipteryx hui, gyvenusį Šiaurės Rytų Kinijoje maždaug prieš 168 milijonus metų. Dinozauras buvo artimas paukščių giminaitis, tačiau priekinėse galūnėse neturėjo ilgų plunksnų, todėl negalėjo skraidyti. Tačiau uodegoje buvo keturios labai ilgos plunksnos. Pasak Zhango, jos galėjo būti skirtos pasirodyti, paleontologas jas lygina su papūgų patinų uodegų plunksnomis.

Šis radinys taip pat byloja, kad sudėtingos plunksnos, su stiebu ir vėtykle, nebūtinai buvo skirtos skraidyti. Svarbesnė jų funkcija galėjo būti vilioti pateles puikuojantis spalvomis ir raštais.

Ši teorija veikiausiai tinka ryškiaspalves raštuotas plunksnas turėjusiam pirmykščiam paukščiui Anchiornis ir dinozaurui su šiek tiek primityvesnėmis plunksnomis – Caudipterix. Akivaizdu, kad plunksnų struktūra ir spalvos susijusios su genetika. Plunksna, panašiai kaip plaukas, išauga iš folikulo. Genai nulemia, kaip plunksna iš panašaus į siūlelius kuokštelio išsivysto į spalvotą sudėtingos sandaros plunksną su stiebu ir vėtykle. Genetiškai užkoduotas ir plunksnų augimas bei spalvingumas.

Skraidymas tebuvo antrinė funkcija

Jakobas Vintheris mano, kad skraidymo funkcija atsirado tik kaip antrinė. Plunksnoms vystantis ir tobulėjant nedideli plunksnoti plėšrūs dinozaurai išmoko sklandyti. Tyrinėdama dinozaurą Anchiornis Jeilio universiteto mokslininkų grupė padarė išvadą, kad jį galima laikyti tarpine grandimi tarp sklandančių ir išties skraidančių gyvūnų.

Pasak Jakobo Vintherio, Anchiornis sandarai būdingas didelis kūno paviršiaus plotas, o jį, be visa ko, lėmė ir ilgos kojų plunksnos. Anchiornis sandara šiek tiek primena šiuolaikines gyvates, galinčias pakilti ir siūbuoti į šonus, judinančias stuburą su šonkauliais. Keturi Anchiornis sparnai padėjo jam sklandyti nuo medžio ant medžio. Ilgainiui plunksnos ant priekinių kojų pailgėjo, o ant užpakalinių – sutrumpėjo, iš uodegos teliko tik trumpa uodegos liekana, arba pasturgalis, padengtas ilgomis plunksnomis, pavyzdžiui, tokiomis kaip pirmykščio paukščio archeopterikso.

Kai kurie ketursparniai sklandytojai ėmė plasnoti priekinėmis kojomis. Ilgainiui jų raumenų struktūra tobulėjo, sudėtingėjo, atsirado panašus į paukščių krūtinkaulis su ketera, todėl jie galėdavo ilgiau išsilaikyti ore. Užpakalinės kojos sutrumpėjo, prisitaikė vaikščioti ir plasnoti nebetiko. Iš tokių gyvūnų kaip archeopteriksai išsivystė ankstyvieji paukščiai, išsaugoję ir dinozaurų požymių – snapus su dantimis, nagus ant sparnų ir ilgas uodegas. 

Mokslininkai dar tik pradėjo taikyti naujus metodus suakmenėjusių gyvūnų spalvoms nustatyti. Ateityje, ištyrus kelių tos pačios rūšies dinozaurų spalvas, galbūt pavyktų sužinoti ir jų lyčių požymius. Tuomet paaiškėtų, kokią įtaką plunksnų raidai turėjo lytinė atranka.