Bagi mata yang tidak terlatih, sebagian besar fosil tampaknya tidak penuh warna. Analisis ilmiah pertama tentang warna fosil diterbitkan hanya satu dekade yang lalu, dan sampai saat ini, menentukan palet warna dunia prasejarah tampaknya merupakan tugas yang tidak dapat diatasi.
Maria McNamara, seorang ahli paleontologi di University College Cork di Irlandia, sedang mencoba untuk mengumpulkan bukti fosil untuk melukiskan gambar berwarna dari masa lalu. Ketika orang berpikir tentang paleontologi, mereka sering berpikir tentang gigi dan tulang yang keras, tetapi bagian-bagian hewan yang lebih lunak, seperti kulit, jaringan otot, dan organ internal, dapat dipertahankan dalam catatan fosil juga. Ini jauh lebih jarang, tentu saja, karena benda-benda yang licin biasanya membusuk, tetapi jaringan lunak adalah jenis spesimen yang dicari McNamara. Dia mempelajari jaringan dari serangga dan vertebrata untuk membayangkan seperti apa makhluk ini dan bagaimana mereka berinteraksi dengan lingkungan mereka - seperti apa predator mereka, di mana mereka tinggal, bagaimana kebiasaan kawin mereka dan mungkin lebih.
McNamara akan membahas karyanya untuk menemukan sisa-sisa warna dalam fosil di Museum Nasional Sejarah Alam Smithsonian "Simposium Terbesar dalam Kehidupan: Kejadian Penting dalam Evolusi" simposium pada hari Jumat, 29 Maret di Washington DC. Menjelang pidatonya, Smithsonian.com berbicara kepada McNamara untuk mempelajari lebih lanjut tentang warna-warna dunia kuno.
Secara ilmiah, apa itu warna, dan bagaimana cara mengukurnya?
Warna hanyalah cahaya tampak. Apa pun yang menghamburkan energi antara panjang gelombang 400 dan 700 nanometer adalah apa yang oleh para ilmuwan disebut cahaya tampak. Mata manusia dilatih untuk merasakan perbedaan halus dalam energi di dalam jendela itu. Hewan lain dapat melihat warna di luar jendela itu. Misalnya, burung memiliki kepekaan terhadap cahaya ultraviolet, sehingga mereka dapat merasakan panjang gelombang energi yang lebih pendek. Banyak serangga juga dapat melihat sinar ultraviolet dan berpotensi dalam inframerah, yang memiliki panjang gelombang lebih panjang. Apa yang Anda sebut warna benar-benar tergantung pada jenis hewan Anda.
Singkatnya, warna adalah bentuk energi yang dapat kita rasakan, dan panjang gelombang yang berbeda menciptakan warna yang berbeda.
Dalam cara apa warna berkembang di alam?
Warna dapat diproduksi dengan dua cara berbeda. Banyak organisme modern, termasuk hewan, menghasilkan warna menggunakan pigmen. Pigmen adalah bahan kimia yang secara selektif menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Sebagai contoh, daun tanaman terlihat hijau karena molekul-molekul dalam klorofil di dalam daun menyerap semua panjang gelombang di bagian merah dan biru dari spektrum, dan mereka memantulkan warna hijau dan kuning yang bisa kita lihat.
Serangga adalah bentuk dominan kehidupan hewan di Bumi dengan lebih dari 1 juta spesies yang dideskripsikan dan mungkin sebanyak 15 kali lebih banyak yang belum diketahui. Di antara serangga, kumbang telah terbukti sebagai salah satu kelompok yang paling sukses — dan berwarna-warni —, mewakili 40 persen dari semua spesies serangga dan 30 persen dari semua spesies hewan. (Institusi Chip Clark / Smithsonian) Pigmen yang paling umum pada tanaman adalah klorofil, tetapi pada hewan, beberapa pigmen yang paling umum adalah melanin. Mereka menghasilkan warna rambut kita. Mereka menghasilkan warna-warna cokelat pada jamur, misalnya, dan warna-warna gelap bulu burung.
Kami juga memiliki pigmen umum yang disebut karotenoid, dan ini diproduksi secara eksklusif oleh tanaman. Tetapi banyak hewan mencerna karotenoid dalam makanan mereka dan mereka menggunakannya untuk mewarnai jaringan mereka. Jadi, misalnya, warna merah kardinal, yang umum di pantai timur Amerika Serikat, diproduksi oleh karotenoid, yang diambil burung dalam diet buah dan buah. Bulu merah muda flamingo berasal dari karotenoid di ganggang yang dimakan udang kecil, yang merupakan makanan favorit burung.
Tapi sebenarnya ada cara yang berbeda untuk menghasilkan warna, dan itu disebut warna struktural. Warna struktural tidak menggunakan pigmen sama sekali dan sebaliknya menggunakan struktur jaringan yang sangat berornamen di skala nano. Pada dasarnya jaringan beberapa hewan akan terlipat menjadi struktur yang sangat kompleks pada tingkat nanometer — atau dengan kata lain, pada skala yang sama dengan panjang gelombang cahaya. Struktur-struktur itu memengaruhi cara cahaya melewati jaringan biologis, sehingga mereka pada dasarnya dapat menyaring panjang gelombang tertentu dan menghasilkan warna yang sangat kuat. Dan sebenarnya warna struktural adalah warna paling terang dan paling kuat yang kita dapatkan di alam.
Apa jenis warna yang berbeda, atau struktur berbeda yang menghasilkan warna, yang Anda cari ketika mempelajari fosil-fosil ini?
Ketika saya mulai mempelajari warna, saya bekerja dengan warna struktural pada serangga fosil. Saya mulai melihat serangga logam ini. Mereka menunjukkan warna biru, merah, hijau, dan kuning terang, tetapi tidak ada yang pernah benar-benar mempelajari apa yang menghasilkan warna-warna ini — hanya ada satu studi tentang sepotong sepotong kumbang.
Jadi saya mempelajari sekitar 600 serangga ini dari berbagai lokasi fosil, dan bersama dengan beberapa kolaborator, kami mendapat izin untuk mengambil sampel fosil kecil tersebut. Ketika kami melakukan ini, terlepas dari spesies apa yang kami lihat, semua struktur pada serangga berwarna ini diproduksi oleh struktur yang disebut reflektor berlapis-lapis. Secara mikroskopis, pada dasarnya terlihat seperti sandwich dengan banyak lapisan yang sangat tipis, mungkin hanya 100 nanometer tebal. Banyak serangga modern memiliki ini di kulit luarnya. Semakin banyak lapisan, semakin cerah warna yang tersebar.
Foto-foto dari tiga taksa kumbang scarab yang digunakan dalam studi taphonomy untuk mereplikasi proses fosilisasi di laboratorium. Selama proses berlangsung, warna-warna kumbang berubah. (G. Odin, M. McNamara et al. / Jurnal The Royal Society Interface 1742-5662) Kami tertarik untuk mencari tahu mengapa kami tidak menemukan struktur lain, seperti kristal fotonik tiga dimensi, yang kecil, kompleks, struktur berlapis yang mengganggu partikel cahaya yang disebut foton. Struktur mungkin dipelintir menjadi struktur berlian, struktur kubik, struktur heksagonal dan bahkan struktur yang lebih kompleks. Banyak serangga dan kupu-kupu modern menunjukkan ini. Sebagai contoh, kupu-kupu Morpho modern adalah kupu-kupu tropis biru yang menakjubkan dengan sisik yang mengandung kristal fotonik 3D. Jadi kami bertanya-tanya, "mengapa kami tidak pernah menemukan ini dalam catatan fosil?"
Mengapa Anda pikir Anda hanya melihat struktur reflektor berlapis-lapis dalam fosil sedangkan struktur penghasil warna lain ada pada serangga modern?
Kami melakukan beberapa fosilisasi eksperimental, yang disebut taphonomy. Kami mereplikasi aspek dari proses fosilisasi dengan memungkinkan baik reflektor multilayer dan kristal fotonik 3D untuk terdegradasi di lab. Keduanya selamat dari percobaan, yang memberi tahu kami bahwa kristal fotonik 3D ini memiliki potensi fosilisasi yang sama dengan reflektor berlapis-banyak — jadi mereka harus ada dalam catatan fosil di suatu tempat.
Kami mulai mencari beberapa tahun yang lalu, dan kami melaporkan kasus pertama kristal fotonik 3D pada serangga fosil. Contoh di mana kami menemukan mereka di lapangan sangat kecil, sehingga dalam banyak kasus mereka mungkin diabaikan.
Bisakah warna berubah dalam proses fosilisasi?
Pertanyaan yang kami temui adalah apakah warna yang diawetkan adalah warna asli. Kami awalnya mempelajari kimia struktur dengan mengasumsikan bahwa itu sama dengan serangga modern — atau dengan kata lain, kami berasumsi itu akan membelokkan cahaya yang sama. Tetapi ketika kita memasukkan nilai-nilai itu ke dalam model komputer kita, mereka tidak bekerja. Model-model tersebut memberi tahu kami bahwa warna fosil kita sebenarnya telah berubah selama fosilisasi.
Dengan eksperimen kami, kami dapat mengetahui bahwa perubahan itu disebabkan oleh tekanan berlebih dan, yang lebih penting, suhu stabil. Suhu, kami temukan, benar-benar mendorong perubahan warna dari warna-warna struktural ini karena struktur fisiknya menyusut.
Saat mempelajari warna tumbuhan dan hewan yang punah, spesies apa yang meninggalkan bukti terbaik?
Ini bukan kasus spesies tertentu, ini kasus mendapatkan hal-hal yang dilestarikan dengan cara yang benar.
Sebagian besar penelitian yang telah dilakukan sejauh ini telah dilakukan pada bulu, baik bulu pada burung atau dinosaurus, dan semuanya telah dilestarikan sebagai kompresi karbonasi: fosil yang terbentuk di batuan sedimen di bawah tekanan besar. Ini bermasalah karena Anda tidak menjaga bagian-bagian bulu yang bertanggung jawab atas warna-warna non-melanin.
Pada burung yang ada, melanin hampir ada di mana-mana, dan efek melanin dimodifikasi oleh adanya pigmen lain. Jadi jika Anda mengambil lagi bulu merah kardinal, mereka terlihat merah tetapi di dalam, mereka mengandung karoten dan juga melanosom. Jika bulu burung itu melalui fosilisasi, karotenoid akan menurun dan yang tersisa hanyalah melanosom, [dan Anda tidak akan tahu kardinalnya merah].
Ada bahaya yang sangat nyata bahwa banyak rekonstruksi yang telah kita lihat pada fosil burung dan dinosaurus berbulu mungkin tidak mewakili warna organisme seperti yang mungkin kita pikirkan. Jika Anda menemukan bukti melanin dalam fosil, itu mungkin menunjukkan pola, tetapi bukan dari rona sebenarnya. Jadi kami berpendapat bahwa fosil karbonasi ini mungkin tidak ideal untuk studi warna fosil.
Meskipun para ilmuwan belum tahu apa itu warna dinosaurus, mereka dapat mempelajari bukti fosil bulu dan bulu, seperti pada pterosaurus ini, untuk mendapatkan gambaran tentang naungan. (Z. Yang, B. Jiang, M. McNamara, dkk. / Ekologi Alam & Evolusi 3, 24–30 (2019)) Jenis fosil apa yang paling baik mempertahankan warna?
Kami pikir kami harus mencari fosil yang diawetkan dalam mineral kalsium fosfat. Itu adalah kasus dengan ular yang kami pelajari pada 2016. Warna-warna ular itu dipertahankan; seluruh kulit ular diawetkan dalam kalsium fosfat. Keindahan kalsium fosfat adalah bahwa ia menjaga segalanya. Seluruh pigmen kulit dipertahankan, termasuk tiga jenis pigmen yang menghasilkan warna pada reptil modern. Ini mempertahankan warna struktural: merah dan kuning, dan warna gelap.
Jenis-jenis fosil di mana Anda telah mengunci segala sesuatu dalam kalsium fosfat, sebenarnya itu adalah target yang jauh lebih baik untuk studi warna fosil daripada kompresi karbonasi.
Jadi apa warna dinosaurus?
Kami memiliki berbagai dinosaurus berbulu yang kami miliki melanin dalam pola warna ini, dan pada burung modern, warna melanin dimodifikasi oleh pigmen lain. Pigmen lain ini tidak dilestarikan sebagai fosil, jadi kita tidak bisa memastikan untuk saat ini.
Jika kami menemukan kulit dinosaurus yang benar-benar terawat, kami akan memiliki peluang bagus untuk merekonstruksi warna secara lebih rinci. Masalahnya adalah sebagian besar kulit dinosaurus dipertahankan sebagai tayangan. Ada sejumlah contoh di mana Anda benar-benar menyimpan film organik atau mineral tipis, tetapi meskipun beberapa telah dipelajari, tidak ada yang benar-benar menghasilkan detail pigmen.
Saat ini, kita sering melihat warna-warna cerah sebagai peringatan beracun bagi predator atau sebagai tampilan mewah untuk menarik pasangan, atau warna lain yang lebih halus untuk dijadikan sebagai kamuflase. Apa tujuan warna berfungsi untuk binatang berwarna pertama?
Banyak dinosaurus yang kita lihat memiliki countershading, yaitu ketika bagian belakang dan sisi berwarna lebih gelap dan perut berwarna pucat. Ini adalah strategi yang digunakan oleh banyak hewan modern untuk membantu memecah garis tubuh di lingkungan cahaya yang kuat [dan memberikan kamuflase].
Dalam dinosaurus berbulu yang kami pelajari, ekor memiliki garis yang sangat mencolok di atasnya. Jenis pita itu sangat umum pada hewan dewasa ini, dan ketika itu terjadi pada area lain dari tubuh, ia biasanya digunakan untuk kamuflase. Tetapi dalam dinosaurus spesifik ini, ia dilokalkan ke ekor. Sehingga kontras warna yang tinggi pada ekor pada hewan modern sering digunakan dalam pensinyalan seksual, sehingga untuk kawin pajangan.
Fosil ular yang kami pelajari hampir pasti menggunakan warna untuk kamuflase. Itu memiliki bintik-bintik yang cukup mencolok sepanjang, dan bintik-bintik itu mungkin berfungsi sebagai kamuflase yang mengganggu, untuk memecah garis tubuh dalam cahaya yang kuat.
Kupu- kupu pelphides Morpho biru yang cerah, yang memiliki struktur kristal fotonik 3D untuk menghasilkan rona cerah. (Gambar Marka / UIG / Getty) Ngengat fosil dan beberapa serangga fosil yang kami pelajari dengan warna-warna struktural — kami merasakan bahwa warnanya berfungsi ganda karena warnanya sangat hijau. Warna seperti itu samar ketika serangga bersembunyi di vegetasi, tetapi ketika kupu-kupu ini akan memakan tanaman inang, akan ada perbedaan warna yang tajam dengan kelopak bunga. Banyak serangga menggunakan ini sebagai sinyal peringatan untuk mengiklankan bahwa predator sudah dekat.
Alat baru apa yang kita miliki untuk mempelajari jaringan lunak, dan apa yang dapat kita pelajari yang belum dapat kita pelajari dari fosil hingga saat ini?
Sepuluh tahun yang lalu, seluruh gagasan bahwa fosil dapat mempertahankan warna hampir tidak ada di radar — hanya ada satu studi. Dua belas tahun yang lalu, tidak ada yang akan tahu bahwa ini mungkin.
Ada beberapa teknik spektrometri massa yang melihat fragmen molekuler pada permukaan material Anda, tetapi tidak semua fragmen bersifat diagnostik. Ada teknik kimia yang menghasilkan fragmen unik dari molekul melanin sehingga Anda tidak dapat membingungkan mereka dengan yang lain. Orang-orang juga melihat pada kimia anorganik fosil dan berusaha memulihkan bukti warna yang mendukung.
Jadi sangat penting untuk mempertimbangkan taphonomy, kimia jaringan dan bukti warna, dan satu cara yang sangat bagus untuk menghilangkan biologi dari efek fosilisasi adalah dengan melakukan eksperimen.
Simposium "Hits Terbesar Kehidupan: Peristiwa Penting dalam Evolusi" pada 29 Maret 2019 berlangsung mulai pukul 10:00 hingga 16:30 di Museum Nasional Sejarah Alam dan menampilkan 10 ahli biologi evolusi dan paleontologi yang diakui dunia internasional. Tiket tersedia di sini.
