Welche Farbe hatten die Dinosaurier? Museen, Filme und Gemälde geben uns ein lebendiges Bild von Riesenechsen in leuchtendem Grün, Gelb, Purpur und Blau. Aber in Wahrheit ist die Farbe der Dinosaurier ein Rätsel. Paläontologen wie Julia Clarke von der University of Texas in Austin und andere versuchen, dieses Rätsel mit einem der häufigsten natürlichen Farbpigmente der Welt zu lösen: Melanin.
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In einer kürzlich in Nature durchgeführten Studie schlagen Clarke und ihre Kollegen vor, dass gefiederte Dinosaurier der antiken Welt eine Reihe von Farben - zumindest Farben, die aus Melanin stammen - injizierten. Die Forscher glauben, dass das Auftreten dieser Farbvariante im Dino-Gefieder ein Nebeneffekt einer Änderung der Art und Weise war, in der die alten Tiere Energie gespeichert und verwendet haben. Die Ergebnisse haben Auswirkungen darauf, wie Paläontologen rekonstruieren, wie diese und andere Dinosaurier aussahen.
Melanin ist beim Menschen für eine dunklere Hautfarbe, bei Echsen für dunklere Flecken oder Streifen und bei Vögeln für dunklere Federn verantwortlich. Winzige Pakete in unseren Zellen, die als Melanosomen bezeichnet werden, enthalten Melanin. Bei Menschen und Vögeln entspricht die Form dieser Melanosomen unterschiedlichen chemischen Formen von Melanin und damit unterschiedlichen Farben. Zum Beispiel, Rote Farbtöne stammen von runden Melanosomen und graue Farbtöne von langen und dünnen Melanosomen. Melanosomen gibt es in einer Vielzahl von Formen und Größen, die einer Vielzahl von Farben entsprechen.
Die in Vögeln gefundenen vielgestaltigen Melanosomen veranlassten Wissenschaftler, insbesondere Paläontologen, sich zu fragen, ob ähnliche Melanosomen in alten Vögeln und gefiederten Dinosauriern, den Vorfahren moderner Vögel, gefunden werden. Zum Glück einige Fossilienfunde Dazu gehören fossile Federn, und mit einem leistungsstarken Mikroskop können Wissenschaftler tatsächlich Melanosomenstrukturen erkennen, die in diesen versteinerten Gefiedern erhalten sind.
Ohne ein modernes Exemplar, mit dem Fossilien verglichen werden können, verwenden Wissenschaftler die Formen von Melanosomen bei modernen Vögeln, um Hinweise darauf zu geben, welche Farben ein bestimmter gefiederter Dinosaurier oder ausgestorbener Vogel gehabt haben könnte. „Das ist für uns wie ein Toolkit“, erklärt Clark. Mit dieser Technik haben Clarke und Kollegen von der University of Akron in Ohio und der chinesischen Universität für Geowissenschaften die Formen von Melanosomen in Fossilien mit roten, grauen, schwarzen oder schillernden Farbtönen in alten versteinerten Vögeln und gefiederten Dinosauriern verknüpft.
Aber Clarkes Team wusste, dass versteinerte Melanosomen mehr zu enthüllen hatten. Wissenschaftler hatten die Melaninfarbe in nichts anderem als a untersucht wenige Säugetiere, Vögel und gefiederte Dinos, die Forscher wollte herausfinden, ob Melanosomenformen im gesamten Spektrum des ausgestorbenen und lebenden Tierreichs Aufschluss darüber geben können, wann sich die Formen der Pigmentpakete so unterschiedlich entwickelten. Wenn man dieses Timing genau festlegt, kann man gut nachweisen, wann Dinosaurier unterschiedliche Farben entwickelt haben.
Melanosomen eines versteinerten, mit Flaum bedeckten Dinosauriers namens Beipiaosaurus weisen keine große Formvielfalt auf, während ein versteinerter Vogel dünne Melanosomen aufweist, die mit grauen Farben bei lebenden Säugetieren und Vögeln assoziiert sind. (Bild: Clarke et al.) Das Team untersuchte zunächst Haare, Haut und Federn von 181 lebenden Säugetieren, Schildkröten, Eidechsen, Krokodilen und Vögeln. In China untersuchten sie Fossilien von 13 Eidechsen, Schildkröten, Dinosauriern und fliegenden Reptilien, den sogenannten Pterosauriern, die vor etwa 200 bis 66 Millionen Jahren aus der Kreide- und Jurazeit stammten. Die fossilen Proben reichten von konservierten Federn über Hautflecken bis hin zu flockigen Filamenten von Tieren mit Spikes, die keine echten Federn waren.
Die Forscher verwendeten dann ein Rasterelektronenmikroskop, um die Melanosomen in diesen alten Strukturen sichtbar zu machen. Sie untersuchten, von welcher Art von Körper die Melanosomen jeder Probe (ausgestorben und lebendig) stammten - Haut, Haare, Flaum oder Federn - und maßen Unterschiede in ihren Formen über verschiedene Tierstämme hinweg: Vogel, Säugetier und Reptil.
"Betrachtet man lebende Eidechsen, Schildkröten und Krokodile, so gibt es eine sehr kleine Bandbreite an Melanosomen", sagt Clarke. „Möglicherweise haben Sie sehr ähnliche, nur sehr subtil anders geformte Melanosomen in Braun im Vergleich zu Schwarz im Vergleich zu einer grau getönten Eidechse.“ Und von alten Schildkröten und Eidechsen zu modernen hatte sich nicht viel verändert - die Menalosomen in versteinerten Eidechsen und Schildkröten sind erhalten geblieben sehen auch zu ähnlich aus und können nicht verwendet werden, um vorherzusagen, welche Farbe die Tiere gehabt haben könnten.
Gefiederte Dinosaurier, insbesondere die ersten Maniraptor-Dinosaurier, die vor etwa 150 Millionen Jahren auf der Erde auftauchten und schließlich zu Vögeln wurden, wiesen jedoch die größte Vielfalt an Melanosomenformen auf. Interessanterweise gingen Fuzzy-Dinosaurier - solche mit stacheligen Filamenten und Protofedern - ihren gefiederten Brüdern evolutionär voraus, aber sie zeigen auch keine Vielfalt der Melanosomenformen. "Nur mit dem Ursprung der Federn kann man dann eine große Explosion in der Vielfalt der Melanosomenformen beobachten", sagt Clarke.
Eine Explosion in der Melanin-Farbvielfalt kam wahrscheinlich mit diesem Bereich in Melanosomenform. Das heißt nicht dass alte Eidechsen, Schildkröten und Dinosaurier mit Schuppen oder Fäden nicht bunt waren. Sie hätten sich einfach auf verschiedene Pigmente für ihre Farbe verlassen können, erklärt Clark.
Seltsamerweise teilen Säugetierhaare und moderne Vogelfedern diese Vielfalt in Melanosomenform dass sie völlig verwandte Tierfamilien sind . Auf molekularer Ebene stellen Säugetiere und Vögel sogar auf ganz unterschiedliche Weise Farben auf Melaninbasis her. Dennoch scheint es, dass sie diese Melanosomenvielfalt unabhängig voneinander entwickelt haben.
Aber warum sollten Melanosomen bei gefiederten Dinosauriern unterschiedliche Formen entwickeln und nicht früher? Clarke und Kollegen schlagen vor, dass zumindest bei gefiederten Dinosauriern die Vielfalt der Melanosomenformen besteht kann etwas mit der Physiologie der Kreaturen zu tun haben. Um Hinweise darauf zu erhalten, was das für ein Ding sein könnte, stützt sich Clarke erneut auf die Ahnenbeziehung zwischen gefiederten Dinosauriern und Vögeln.
Wissenschaftler haben einen genetischen Zusammenhang zwischen der Herstellung von Melanosomen und der Regulierung der Energie durch Vögel beobachtet. Insbesondere sind einige Gene, die die Form von Melanosomen bestimmen, auch an der Speicherung von Fett in Hühnern beteiligt. Auf dieser Grundlage glauben die Forscher, dass eine genetische Veränderung, die damit zusammenhängt, wie gefiederte Dinosaurier die Energie in ihrem Körper regulierten, versehentlich zu einer Verschiebung der Melaninproduktion geführt haben könnte.
Wenn dies zutrifft, wäre dies ein gutes Beispiel für Pleiotropie, bei der ein einziger Gensatz scheinbar nicht verwandte Merkmale beeinflussen kann, ein Phänomen, das in der biologischen Welt ziemlich häufig ist. Im Moment sind wir jedoch dem Verständnis der Regeln, die den Teint eines Dinosauriers bestimmen, einen Schritt näher gekommen.
