Мех леопарда, полосы зебры, маска енота — всё это примеры окраски шерсти млекопитающих, которую учёные называют пелаге. Долгое время оставалось загадкой, как такая расцветка возникла в эволюции. Теперь команда исследователей нашла способ восстановить цвет шерсти древних млекопитающих по клеточным структурам, содержащим пигмент меланин, — меланосомам. Они надеются, что это поможет понять, как жили древние звери и в каких условиях обитали.

От формы меланосом к цвету шерсти

Чтобы расшифровать окрас древних млекопитающих, учёные построили статистическую компьютерную модель, которая предсказывает цвет шерсти по форме меланосом. Сначала нужно было выяснить, как форма этих структур связана с цветом у современных видов. Для этого исследователи измерили длину и ширину 2615 меланосом из шерсти 116 ныне живущих видов млекопитающих — от красной панды до немецкой овчарки и представителей большинства групп класса. Измерения проводили с помощью сканирующей электронной микроскопии: пучок электронов, как фонарик, детально «прорисовывал» каждую структуру.

Затем учёные записали длины волн света, отражённого от каждой меланосомы, с помощью микроспектрофотометра. Эти длины волн соответствовали точному цвету волоса, из которого была взята меланосома. Так появился количественный показатель цвета каждого волоса, который можно было сопоставить с длиной и шириной соответствующей меланосомы.

Анализ данных показал: сферические меланосомы дают более яркие цвета — рыжие и оранжевые, а вытянутые — тёмные, например коричневые и серые. Для каждой меланосомы учёные построили кривые отражения — графики, показывающие, сколько света поглощается на каждой длине волны. На основе этих данных с помощью программного обеспечения создали статистическую модель, способную предсказывать кривую отражения, а значит, и цвет, исходя только из формы меланосомы.

Шесть окаменелостей из мезозоя

Когда модель была готова, понадобились ископаемые меланосомы млекопитающих. Окаменелости млекопитающих редки, а клеточные структуры сохраняются лишь в исключительных местонахождениях. Учёным удалось найти всего шесть подходящих образцов из мезозойских пород возрастом около 250 миллионов лет — времени, когда млекопитающие только появились. Окаменелости происходят из двух всемирно известных местонахождений на северо-востоке Китая — биоты Яньляо и Жэхэ.

Исследователи отобрали пять ранее изученных образцов: один экземпляр Megaconus mammaliaformis, один Vilevolodon diplomylos, два представителя группы Docodonta и один из группы Eutheria. Все эти животные были мелкими, похожими на грызунов. Кроме того, команда описала новый вид древесного млекопитающего — Arboroharamiya fuscus.

С помощью сканирующей электронной микроскопии учёные измерили в общей сложности 2159 ископаемых меланосом. Все они оказались слегка вытянутыми сферами, и различия в форме между видами были гораздо меньше, чем у современных млекопитающих. Модель предсказала кривые отражения на основе форм ископаемых меланосом и определила цвет древних животных. Выяснилось, что все изученные вымершие млекопитающие, скорее всего, имели тёмно-коричневую шерсть без каких-либо цветовых узоров.

Ночной образ жизни и выживание после катастрофы

Опираясь на эти результаты, исследователи предположили, что большинство, если не все, ранние млекопитающие вели ночной образ жизни — как многие современные тёмноокрашенные виды. Такой образ жизни, вероятно, помог им пережить падение метеорита, уничтожившее динозавров 100 миллионов лет спустя. Пока динозавры не смогли выжить в опустошённом мире после удара, мелкие тёмные млекопитающие оказались более устойчивыми и процветали в новых условиях. По мере того как млекопитающие занимали экологические ниши, освободившиеся после динозавров, у них появлялись новые цветовые узоры: одни — исключительно для маскировки, другие — под влиянием полового отбора и зрительной коммуникации.

Учёные заключили, что их модель способна предсказывать цвет ископаемых млекопитающих и помогает определить, как жили эти древние животные. Примечательно, что данные указывают: млекопитающие, вероятно, оставались мелкими и ночными на протяжении всего мезозоя, пока не исчезли динозавры.

Будущие исследования могут использовать сходные методы, чтобы выяснить, как именно млекопитающие приобрели то разнообразие окрасов, которое мы видим сегодня. Например, изучение видов, живших ближе к моменту падения метеорита, покажет, сколько времени потребовалось для появления разнообразных узоров шерсти — или они начали формироваться ещё до гибели динозавров. В конечном счёте подобные работы помогут понять, было ли вымирание динозавров необходимым условием для расцвета млекопитающих.