Евро-Азиатский институт образовательных технологий Eurasian Institute of educational technologies
Monday, 2020-06-01, 1:11 AM
Site menu
Section categories
Археология- Аrcheology
Ботаника- Вotany
География- Geography
Зоология- Zoology
История- Нistory
История науки- Нistory of science
Медицина- Мedicine
Образование- Education
Общая биология- General biology
Общество- Society
Палеонтология- Рaleontology
Право- Jurisprudence
Психология- Рsychology
Технологии- Technology
Физика- Physics
Химия- Сhemistry
Экология- Еcology
Экономика- Еconomy
Our poll
Оцените наш сайт/ Please rate our website
Total of answers: 1366
Statistics

Total online: 1
Guests: 1
Users: 0

10:45 AM
Бабочки юрского периода имели структурную окраску / Butterflies of the Jurassic period had a structural color

Рис. 1. Слева — бабочка Morpho rhetenor, крылья которой служат примером структурной окраски. Справа — бабочка Cymothoe sangaris, пример чисто пигментной окраски. Левое крыло обеих бабочек смочено жидкостью, имеющей тот же коэффициент преломления, что и у кутикулы.
Изображение из статьи G. S. Smith, 2009. Structural color of Morpho butterflies

Изучив строение чешуек бабочек (Lepidoptera) юрского периода, ученые из Китая, Германии и Великобритании пришли к выводу, что для них был характерен металлический блеск с золотистым отливом. Это древнейшее сохранившееся свидетельство структурной окраски насекомых — до сих пор попытки ее реконструкции предпринимались только на материале кайнозойских бабочек и жуков возрастом менее 50 млн лет. Представление о том, как выглядели первые чешуекрылые, можно составить по ныне живущим зубатым молям (Micropterigidae) — чешуйки на крыльях устроены у них практически так же. Получается, эволюция в данном случае стояла на месте почти 200 млн лет.

Чаще всего об окраске древних существ приходится только гадать. Так, разноцветные пятна на боках динозавров, которые можно увидеть в фильмах и книжках — это всего лишь плод фантазии художника, в лучшем случае продиктованный косвенными соображениями об охотничьих повадках и брачных ритуалах. Но в последние годы в распоряжение ученых попадает все больше находок, позволяющих задокументировать окраску доисторических организмов напрямую.

Например, исследователи смогли сделать вывод об окраске ряда динозавров по чередованию светлых и темных перьев, сохранившихся рядом с их скелетом (F. M. Smithwick et al., 2017.Countershading and Stripes in the Theropod Dinosaur Sinosauropteryx Reveal Heterogeneous Habitats in the Early Cretaceous Jehol Biota). В окаменевших покровах ихтиозавра и мозазавра палеонтологи разглядели меланосомы, содержащие эумеланин, отвечающий за коричневый и черный цвета (J. Lindgren et al., 2014. Skin pigmentation provides evidence of convergent melanism in extinct marine reptiles). Наконец, у миоценовой змеи из семейства ужеобразных были выявлены окаменевшие пигментные клетки трех типов — меланофоры, содержащие меланин, иридифоры, отражающие свет, и ксантофоры, наполненные желтым пигментом (M. E. McNamara et al., 2014. Reconstructing Carotenoid-Based and Structural Coloration in Fossil Skin).

Как можно видеть, во всех этих случаях речь идет о реконструкции пигментной окраски. Она создается за счет присутствия пигмента (красящего вещества), который поглощает световые волны определенной длины и отражает всю остальную часть спектра, что и придает организму тот или иной цвет. Однако в природе не менее распространена структурная окраска — она достигается благодаря микроструктуре поверхности, вызывающей дифракцию или интерференцию света (наложение отраженных световых волн; подробнее о структурной окраске см., например, статью Т. РомановскойСтруктурный цвет в живой природе). Избирательного поглощения света, как в случае пигментной окраски, при этом не происходит.

Особенно распространена структурная окраска среди насекомых — именно за счет нее переливаются всеми цветами радуги жуки и некоторые бабочки. Классическим примером структурной окраски являются бабочки-нимфалиды Morpho. Их крылья выглядят голубыми, но в реальности там содержится только коричневый пигмент эумеланин — голубой цвет создается благодаря интерференции света на чешуйках. Убедиться в этом позволяет простой эксперимент. Если капнуть на крыло Morpho жидкость с тем же коэффициентом преломления, что у кутикулы чешуек, то интерференция исчезает и крыло становится коричневым (рис. 1). Когда жидкость испаряется, голубая окраска возвращается вновь.

Ископаемые насекомые со светлыми и темными полосами на крыльях, указывающими на присутствие пигмента, попадаются довольно часто. Однако если крыло какой-нибудь древней стрекозы или мезозойской «бабочки» каллиграмматиды кажется нам коричневым, то это не значит, что таким оно было при жизни насекомого. Вдруг это крыло, как у бабочки Morpho, отливало голубым? Но микроскульптура, позволяющая увидеть или хотя бы реконструировать прижизненную структурную окраску насекомых, сохраняется в очень немногих случаях. Буйство красок былых времен, увы, исчезло безвозвратно.

Однако в виде исключения структурные цвета насекомых все же сохраняются (рис. 2). Самым впечатляющим примером являются жуки из эоценового местонахождения Мессель (возраст 47 млн лет). Многие златки, долгоносики, листоеды, найденные в его отложениях, сверкают прямо как современные. Там же была обнаружена бабочка-пестрянка (семейство Zygaenidae) с хорошо сохранившимися чешуйками. Исходя из строения ребер, покрывающих эти чешуйки, ученые вычислили, что передние крылья бабочки были желто-зелеными с синеватым окаймлением и коричневой вершиной (M. E. McNamara et al., 2011. Fossilized Biophotonic Nanostructures Reveal the Original Colors of 47-Million-Year-Old Moths; рис. 2, E).

Рис. 2. Ископаемые насекомые из Германии с сохранившейся структурной окраской. Насекомые с фотоAC, E и F относятся к среднему эоцену, жук-златка с фото D — к олигоцену. А — жук-листоед, B — жук-долгоносик, C — жук-златка, E — бабочка-пестрянка и реконструкция ее окраски, F — чешуйки бабочек в составе копролита (окаменевшего экскремента).
Изображение из статьи M. E. McNamara, 2013. The taphonomy of colour in fossil insects and feathers

До сих пор находки из Месселя считались древнейшим сохранившимся свидетельством структурной окраски насекомых. Однако авторы статьи, вышедшей недавно в журнале Science Advances, показали, что структурные цвета можно реконструировать и на куда более древнем материале. Ученые работали с юрскими чешуекрылыми (Lepidoptera) — именно в юрском периоде появились первые представители данного отряда. Юрские чешуекрылые представляли собой невзрачную мелкую моль, но, как выяснилось, даже эти крошки были не прочь «принарядиться».

Хорошо сохранившиеся чешуйки удалось разглядеть под сканирующим микроскопом у Archaeolepis mane — древнейшего чешуекрылого, найденного в отложениях нижней юры в Англии и жившего более 190 млн лет назад (рис. 3). Также чешуйки уцелели на отпечатках юрских молей, найденных в Германии и Казахстане (возраст — около 180 и 160 млн лет соответственно). Чешуйки у всех этих насекомых несут высокие параллельные ребра. Дно каждой ложбинки между этими ребрами покрыто косыми невысокими ребрышками, образующими рисунок в виде елочки. Эти косые невысокие ребрышки, в свою очередь, соединены между собой поперечными ребрышками.

Рис. 3. Чешуйки юрских чешуекрылых и современных зубатых молей (Micropterigidae). AC — древнейшее чешуекрылое Archaeolepis mane из отложений нижней юры в Англии: A — крылья, B, C — фото чешуек под сканирующим микроскопом. DF — чешуекрылое из отложений верхней юры в Казахстане, D — общий вид, E, F — чешуйки под сканирующим микроскопом; GI — чешуекрылое из отложений нижней юры в Германии, G — крыло, H, I — чешуйки под сканирующим микроскопом; JM — современная зубатая моль Micropterix, J — крыло, K, L — чешуйки под сканирующим микроскопом, M — рисунок, изображающий расположение ребер в виде елочки. Cr — поперечное ребро; Cs — кроющая чешуйка; Gs — чешуйка нижнего слоя; Hb — ребра в виде елочки; Pr — параллельные ребра. Длины масштабных отрезков: A, D, G, I, L — 1 мм; J — 0,5 мм; E — 50 мм, B, C, F, H, K — 20 мм.
Изображение из обсуждаемой статьи в Science Advances

Точно также чешуйки устроены у современных зубатых молей (Micropterigidae), крайне примитивных чешуекрылых, которые, в отличие от подавляющего большинства своих сородичей, не обзавелись хоботком и пользуются ротовым аппаратом грызущего типа (рис. 4). Судя по идентичной микроскульптуре, чешуйки современных зубатых молей и их юрских «прапрабабушек» обладали одними и теми же оптическими свойствами. Результаты компьютерного моделирования, проведенного авторами статьи, показывают, что главным оптическим эффектом таких чешуек является дифракция света на высоких параллельных ребрах. Благодаря ей крылья приобретает металлический блеск. Возможно, крылья юрских чешуекрылых отливали золотом — во всяком случае, узоры из ребрышек в виде елочки имеются на золотистых чешуйках современных Micropterigidae.

Рис. 4. Зубатая моль Micropterix calthella, по которой можно составить
представление о структурной окраске древнейших чешуекрылых.
Фото с сайта flickr.com

Это уже второе исследование за последние полгода, главным героем которого становятся чешуйки древнейших Lepidoptera. В предыдущей работе описывались чешуйки, извлеченные из буровых кернов конца триаса — начала юры. По ним был сделан вывод о существовании хоботковых чешуекрылых в начале юры (см. Хоботковые бабочки возникли до цветковых растений, «Элементы», 12.01.2018). Но главное, теперь ясно: каждая чешуйка бабочки — это своеобразный солдатский жетон, который сохраняется даже в том случае, если от остального тела ничего не осталось. На этом «жетоне» записана информация об его владельце — включая таксономическую принадлежность и данные об окраске крыльев. В дальнейшем такая информация поможет пролить новый свет на эволюцию одного из разнообразнейших отрядов насекомых (по числу видов чешуекрылые уступают только жукам, двукрылым и перепончатокрылым).

Статья опубликована в журнале Science Advances
Источник: elementy.ru

Fig. 1. On the left – butterfly Morpho rhetenor, whose wings are an example of structural coloration. On the right – cymothoe sangaris butterfly, an example of pure pigment color. The left wing of both butterflies is moistened with a liquid having the same refractive index as the cuticle.

Image from the article G. S. Smith, 2009. Structural color of Morpho butterflies

After studying the structure of butterfly scales (Lepidoptera) Jurassic period, scientists from China, Germany and the UK concluded that they were characterized by a metallic luster with a Golden tint. This is the oldest extant evidence of the structural color of insects — until now attempts to reconstruct it were made only on the material of the Cenozoic butterflies and beetles aged less than 50 million years. The idea of how the first Lepidoptera looked like can be made up of the now living toothed moles (Micropterigidae) — scales on the wings are arranged in almost thesame way. It turns out that the evolution in this case was in place for almost 200 million years.

This files most often about the color of ancient creatures have to guess. Thus, the multi-colored spots on the sides of the dinosaurs, which can be seen in the movies and books — it's just a figment of the artist's imagination, at best, dictated by indirect considerations about hunting habits and marriage rituals. But in recent years, scientists are getting more and more finds, allowing to document the color of prehistoric organisms directly.

For example, the researchers were able to conclude that a number of dinosaurs were colored by alternating light and dark feathers preserved near their skeleton (F. M. Smithwick et al., 2017. Countershading and Stripes in the Theropod Dinosaur Sinosauropteryx Reveal Heterogenic Habitats in the Early Cretaceous Jehol Biota). In the fossilized covers of ichthyosaurus and mosasaurus, paleontologists saw melanosomes containing eumelanin, responsible for brown and black (J. Lindgren et al., 2014. Skin pigmentation provides evidence of convergent melanism in extinct marine reptiles). Finally, Miocene snakes of the family colubrid snakes were identified fossilized pigment cells of three types — melanofory containing melanin, the iridophore reflecting light, and cantafora, filled with yellow pigment (M. E. McNamara et al., 2014. Reconstruction Carotenoid-Based and Structural Coloration in Fossil Skin).

As you can see, in all these cases we are talking about the reconstruction of pigment color. It is created by the presence of a pigment (dye) that absorbs light waves of a certain length and reflects the rest of the spectrum, which gives the body a particular color. However, in nature, no less common structural color-it is achieved due to the microstructure of the surface, causing diffraction or interference of light (the imposition of reflected light waves; more about the structural color, see, for example, an article T. Romanov Structural color in nature). Selective absorption of light, as in the case of pigment color, does not occur.

Especially common structural color among insects-it is due to it shimmer all the colors of the rainbow beetles and some butterflies. A classic example of structural colour are the butterflies-nymphalidae Morpho. Their wings look blue, but in reality there contains only brown pigment eumelanin-blue color appears thanks to interference of light on scales. A simple experiment allows you to verify this. If you drop a liquid on the Morpho wing with the same refractive index as in the cuticle of the scales, the interference disappears and the wing becomes brown (Fig. 1). When the liquid evaporates, the blue color returns again.

Fossil insects with light and dark stripes on the wings, indicating the presence of pigment, come across quite often. However, if the wing of some ancient dragonflies of the Mesozoic or "butterflies" callichromatini seems to us to be brown, it does not mean that it was during the life of the insect. Suddenly this wing, like a butterfly Morpho, cast blue? But the microsculpture, which allows to see or at least to reconstruct the structural color of insects in vivo, is preserved in very few cases. The riot of colors of the past, alas, disappeared forever.

However, as an exception, the structural colors of insects are still preserved (Fig. 2). The most impressive example is the beetles from Messel's Eocene location (47 million years old). Many zlatki, weevils, leaf eaters found in its sediments, sparkle just like modern. There was also discovered moth-moth (family Zygaenidae) with well-preserved scales. Based on the structure of the ribs covering these scales, the scientists calculated that the front wings of the butterfly were yellow-green with a blue border and brown top (M. E. McNamara et al., 2011. Fossilized Biophotonic Nanostructures Reveal the Original Colors of 47-Million-Year-Old Mots; Fig. 2 (E).

Fig. 2. Fossil insects from Germany with preserved structural coloration. Insects with photos A-C, E and F belong to the middle Eocene, the jewel beetles with photo D — to the Oligocene. A — leaf beetle, B — beetle-weevil, C — the jewel beetle, E — butterfly petranka and reconstruction of its colouring, the F — scales of butterflies in the composition of the coprolite (fossilized excrement).

Image from an article by M. E. McNamara, 2013. The taphonomy of colour in fossil insects and feathers

Until now, the findings of Messel were considered the oldest surviving evidence of structural color of insects. However, the authors of the article, which was published recently in the journal Science Advances, showed that structural colors can be reconstructed on a much older material. Scientists worked with the Jurassic Lepidoptera (Lepidoptera) - it was in the Jurassic period that the first representatives of this group appeared. Jurassic Lepidoptera was a nondescript small mole, but as it turned out, even these crumbs were not averse to "dress up".

Well-preserved scales could be seen under a scanning microscope in Archaeolepis mane-the oldest Lepidoptera found in the sediments of the lower Jurassic in England and lived more than 190 million years ago (Fig. 3). Also scales survived on the prints of Jurassic moles found in Germany and Kazakhstan (age — about 180 and 160 million years, respectively). The scales of all these insects have high parallel ribs. The bottom of each hollow between these edges is covered with oblique low ribs, forming a pattern in the form of Christmas trees. These oblique low ribs, in turn, are interconnected by transverse ribs.

Fig. 3. Scales of Jurassic Lepidoptera and modern toothed moths (Micropterigidae). A — C — the oldest Lepidoptera Archaeolepis mane from the deposits of the lower Jurassic in England: a — wings, B, C-photo of scales under a scanning microscope. D-F — Lepidoptera from upper Jurassic deposits in Kazakhstan, D — General view, E, F — scales under scanning microscope; G–I-Lepidoptera from lower Jurassic deposits in Germany, g-wing, H, I — scales under scanning microscope; J-M — modern toothed mole Micropterix, J — wing, K, L — scales under a scanning microscope, M — figure depicting the location of the edges in the form of Christmas trees. Cr — cross rib; Cs — coverts scale; Gs, the scale of the lower layer; Hb — ribs in a herringbone pattern; Pr — parallel edges. Length of scale segments: A, D, G, I, L — 1 mm; J — 0.5 mm; E — 50 mm, B, C, F, H, K — 20 mm.

Image from the article under discussion in Science Advances

Similarly, the scales are arranged in modern moths (Micropterigidae), extremely primitive Lepidoptera, which, unlike the vast majority of its relatives, have not got a proboscis and use a mouth-biting type (Fig. 4). Judging by the identical microsculpture, the scales of modern toothed moles and their Jurassic "great-grandmothers" had the same optical properties. The results of computer simulation conducted by the authors show that the main optical effect of such scales is the diffraction of light on high parallel ribs. Thanks to it, the wings acquire a metallic luster. Perhaps the wings of the Jurassic Lepidoptera were cast in gold-in any case, patterns of ribs in the form of Christmas trees are on the Golden scales of modern Micropterigidae.

Fig. 4. Toothed moth Micropterix calthella, which can be representation of the structural color of the ancient Lepidoptera.

Photo from site flickr.com

This is the second study in the last six months, the main character of which are the scales of the oldest Lepidoptera. In the previous work the scales extracted from drilling cores of the end of Trias — the beginning of Yura were described. It was concluded about the existence of the proboscis of Lepidoptera at the beginning of the Jurassic (see Proboscis butterflies emerged before the flowering plants, "Elements", 12.01.2018). But the main thing is now clear: each butterfly scale is a kind of soldier's token, which is preserved even if nothing remains of the rest of the body. This "token" contains information about its owner — including taxonomic affiliation and data on the wing color. In the future, this information will help to shed new light on the evolution of one of the most diverse groups of insects (the number of species of Lepidoptera is second only to beetles, two-winged and Hymenoptera).

The article has been published in the journal Science Advances

Source: elementy.ru

 

Category: Палеонтология- Рaleontology | Added by: zvonimirveres
Log In
Search
Calendar
«  June 2018  »
SuMoTuWeThFrSa
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
Организации / Оrganizations
Полезные ссылки / Useful links