कैसे वैज्ञानिकों को पता है कि प्रागैतिहासिक पशु क्या रंग थे?

अप्रशिक्षित आंख के लिए, अधिकांश जीवाश्म रंग के साथ फटते नहीं दिखाई देते हैं। जीवाश्म रंग का पहला वैज्ञानिक विश्लेषण केवल एक दशक पहले प्रकाशित किया गया था, और हाल ही में जब तक, प्रागैतिहासिक दुनिया के रंग पैलेट का निर्धारण करना एक असंभव काम लग रहा था।

आयरलैंड में यूनिवर्सिटी कॉलेज कॉर्क के एक जीवाश्म विज्ञानी मारिया मैकनामारा अतीत के रंगीन चित्र को चित्रित करने के लिए जीवाश्म साक्ष्य को एक साथ रखने की कोशिश कर रहे हैं। जब लोग जीवाश्म विज्ञान के बारे में सोचते हैं, तो वे अक्सर कठिन दांत और हड्डी के बारे में सोचते हैं, लेकिन जानवरों के नरम हिस्से, जैसे त्वचा, मांसपेशियों के ऊतकों और आंतरिक अंगों को जीवाश्म रिकॉर्ड में भी संरक्षित किया जा सकता है। यह बहुत दुर्लभ है, ज़ाहिर है, क्योंकि स्क्विशी सामान आमतौर पर दूर निकलता है, लेकिन नरम ऊतक बिल्कुल उसी तरह के नमूने हैं जैसे मैकनामारा की तलाश है। वह कीटों और कशेरुकाओं के ऊतकों का अध्ययन करती है ताकि यह पता लगाया जा सके कि ये critters क्या दिखते थे और कैसे उन्होंने अपने वातावरण के साथ बातचीत की - उनके शिकारी क्या थे, वे कहाँ रहते थे, उनकी संभोग की आदतें और क्या हो सकती थीं।

मैकनामारा वाशिंगटन डीसी में शुक्रवार, 29 मार्च को स्मिथसोनियन नेशनल म्यूजियम ऑफ नेचुरल हिस्ट्री के "लाइफज ग्रेटेस्ट हिट्स: की इवेंट्स इन इवोल्यूशन" संगोष्ठी में जीवाश्मों में रंग के अवशेषों को खोजने के लिए अपने काम पर चर्चा करेंगे। उसकी बात से आगे, Smithsonian.com ने प्राचीन दुनिया के रंगों के बारे में अधिक जानने के लिए मैकनामारा से बात की।

वैज्ञानिक रूप से बोलना, रंग क्या है, और इसे कैसे मापा जाता है?

रंग केवल प्रकाश दिखाई देता है। कुछ भी जो 400 और 700 नैनोमीटर के तरंग दैर्ध्य के बीच ऊर्जा को बिखेरता है, जिसे वैज्ञानिक दृश्यमान प्रकाश कहते हैं। मानव आंख को उस खिड़की के भीतर ऊर्जा में सूक्ष्म अंतर का अनुभव करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है। अन्य जानवर उस खिड़की से परे रंग देख सकते हैं। उदाहरण के लिए, पक्षियों में पराबैंगनी प्रकाश के प्रति संवेदनशीलता होती है, इसलिए वे ऊर्जा की छोटी तरंग दैर्ध्य को महसूस कर सकते हैं। कई कीड़े पराबैंगनी प्रकाश और अवरक्त में संभावित रूप से भी देख सकते हैं, जिसमें लंबे समय तक तरंगदैर्ध्य होता है। जिसे आप रंग कहते हैं वह वास्तव में इस बात पर निर्भर करता है कि आप किस तरह के जानवर हैं।

इसे अपने सरलतम शब्दों में कहें, तो रंग ऊर्जा का एक रूप है जिसे हम अनुभव कर सकते हैं, और विभिन्न तरंग दैर्ध्य अलग-अलग रंग बनाते हैं।

प्रकृति में रंग किन तरीकों से विकसित होता है?

रंग को दो अलग-अलग तरीकों से उत्पादित किया जा सकता है। जानवरों सहित कई आधुनिक जीव वर्णक का उपयोग करके रंग का उत्पादन करते हैं। रंगद्रव्य वे रसायन होते हैं जो चुनिंदा रूप से विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के प्रकाश को अवशोषित करते हैं। उदाहरण के लिए, पौधों की पत्तियां हरी दिखती हैं क्योंकि पत्तियों के अंदर क्लोरोफिल के अणु सभी तरंग दैर्ध्य को स्पेक्ट्रम के लाल और नीले हिस्से में अवशोषित करते हैं, और वे साग और पीलापन को दर्शाते हैं जिसे हम देख सकते हैं।

1 मिलियन से अधिक वर्णित प्रजातियों के साथ कीट पृथ्वी पर पशु जीवन का प्रमुख रूप हैं और संभवतः 15 गुना अधिक शेष अज्ञात हैं। कीटों में, भृंग सबसे सफल और रंगीन समूहों में से एक साबित हुआ है, जो सभी कीट प्रजातियों के 40 प्रतिशत और सभी जानवरों की प्रजातियों के 30 प्रतिशत का प्रतिनिधित्व करता है। (चिप क्लार्क / स्मिथसोनियन इंस्टीट्यूशन)

पौधों में सबसे आम वर्णक क्लोरोफिल है, लेकिन जानवरों में, कुछ सबसे सामान्य वर्णक मेलेनिन हैं। वे हमारे बालों के रंग का उत्पादन करते हैं। वे कवक में भूरे रंग के रंगों का उत्पादन करते हैं, उदाहरण के लिए, और पक्षी के पंखों के गहरे बालों वाले रंग।

हमारे पास कैरोटेनॉइड्स नामक आम रंजक भी हैं, और ये विशेष रूप से पौधों द्वारा उत्पादित किए जाते हैं। लेकिन कई जानवर अपने आहार में कैरोटिनॉयड को निगलना करते हैं और वे अपने ऊतकों को रंग देने के लिए उनका उपयोग करते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, एक कार्डिनल का लाल रंग, जो संयुक्त राज्य अमेरिका के पूर्वी तट पर आम है, कैरोटेनॉइड द्वारा निर्मित होता है, जो पक्षी फलों और जामुन के अपने आहार में लेते हैं। राजहंस के गुलाबी पंख शैवाल में कैरोटिनॉयड से प्राप्त होते हैं जो छोटे झींगा खाते हैं, जो पक्षियों का पसंदीदा भोजन है।

लेकिन वास्तव में रंग निर्माण का यह अलग तरीका है, और इसे संरचनात्मक रंग कहा जाता है। संरचनात्मक रंग वर्णक का उपयोग बिल्कुल नहीं करता है और इसके बजाय नैनोस्केल में बहुत अलंकृत ऊतक संरचनाओं का उपयोग करता है। मूल रूप से कुछ जानवरों के ऊतक नैनोमीटर स्तर पर उच्च जटिल संरचनाओं में बदल जाएंगे - या दूसरे शब्दों में, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के समान पैमाने पर। वे संरचनाएं जैविक ऊतकों से प्रकाश के गुजरने के तरीके को प्रभावित करती हैं, इसलिए वे अनिवार्य रूप से कुछ तरंग दैर्ध्य को फ़िल्टर कर सकते हैं और वास्तव में मजबूत रंगों का उत्पादन कर सकते हैं। और वास्तव में संरचनात्मक रंग सबसे उज्ज्वल और सबसे गहन रंग हैं जो हमें प्रकृति में मिलते हैं।

विभिन्न प्रकार के रंग, या विभिन्न संरचनाएं जो रंग का उत्पादन करती हैं, क्या आप इन जीवाश्मों का अध्ययन करते हैं?

जब मैंने रंग का अध्ययन शुरू किया, तो मैं जीवाश्म कीड़ों में संरचनात्मक रंग के साथ काम कर रहा था। मैंने इन धातु के कीड़ों को देखना शुरू कर दिया। उन्होंने उज्ज्वल रंग, लाल, साग और पीलापन दिखाया, लेकिन किसी ने कभी भी अध्ययन नहीं किया था कि इन रंगों का उत्पादन क्या होता है - बीटल के एक टुकड़े के टुकड़े का सिर्फ एक अध्ययन था।

इसलिए मैंने कई अलग-अलग जीवाश्म इलाकों से इनमें से 600 कीड़ों का अध्ययन किया, और कुछ सहयोगियों के साथ मिलकर हमें छोटे जीवाश्मों के नमूने लेने की अनुमति मिली। जब हमने ऐसा किया, तो हम चाहे जिस प्रजाति को देख रहे हों, इन रंगों के कीड़ों में इन सभी संरचनाओं को एक बहुपरत परावर्तक नामक संरचना द्वारा निर्मित किया गया था। सूक्ष्म रूप से, यह मूल रूप से बहुत पतली परतों के साथ एक सैंडविच जैसा दिखता है, शायद केवल 100 नैनोमीटर मोटी। कई आधुनिक कीड़े अपने बाहरी आवरण में होते हैं। जितनी अधिक परतें होती हैं, उतने ही चमकीले रंग होते हैं।

लैब में जीवाश्म प्रक्रिया को दोहराने के लिए टेफोनॉमी अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले स्कारब बीटल टैक्सा में से तीन की तस्वीरें। प्रक्रिया के दौरान, भृंग के रंग बदल गए। (जी। ओडिन, एम। मैकनामारा एट अल। / जर्नल ऑफ़ द रॉयल सोसाइटी इंटरफ़ेस 1742-5662)

हमें यह पता लगाने में दिलचस्पी थी कि हम अन्य संरचनाओं को क्यों नहीं खोज रहे हैं, जैसे कि तीन-आयामी फोटोनिक क्रिस्टल, जो छोटे, जटिल, स्तरित संरचनाएं हैं जो फोटॉन नामक हल्के कणों के साथ हस्तक्षेप करते हैं। संरचनाओं को एक हीरे की संरचना, एक घन संरचना, एक हेक्सागोनल संरचना और यहां तक ​​कि अधिक जटिल संरचनाओं में घुमाया जा सकता है। कई आधुनिक कीट और तितलियां इसे प्रदर्शित करती हैं। उदाहरण के लिए, आधुनिक मॉर्फो तितली इस शानदार नीले उष्णकटिबंधीय तितली है जिसमें 3 डी फोटोनिक क्रिस्टल होते हैं। तो हमने सोचा, "हमें जीवाश्म रिकॉर्ड में ये कभी क्यों नहीं मिला?"

आपको क्या लगता है कि आप केवल जीवाश्मों में बहुपरत परावर्तक संरचनाओं को देख रहे थे जबकि अन्य रंग-निर्माण संरचनाएं आधुनिक कीड़ों में मौजूद हैं?

हमने कुछ प्रायोगिक रूप से जीवाश्मिकीकरण किया, जिसे टेफोनोमी कहते हैं। हमने बहुपरत रिफ्लेक्टर और 3 डी फोटोनिक क्रिस्टल दोनों को प्रयोगशाला में नीचा दिखाने की अनुमति देकर जीवाश्म प्रक्रिया के पहलुओं को दोहराया। वे दोनों प्रयोग से बच गए, जिन्होंने हमें बताया कि इन 3 डी फोटोनिक क्रिस्टल में बहुपरत परावर्तन के रूप में एक ही जीवाश्मण क्षमता थी - इसलिए उन्हें कहीं न कहीं जीवाश्म रिकॉर्ड में होना चाहिए।

हमने कुछ साल पहले देखना शुरू किया, और हमने जीवाश्म कीड़ों में 3 डी फोटोनिक क्रिस्टल के पहले मामले की रिपोर्ट की। उदाहरण जहां हमने उन्हें मैदान में पाया वह बहुत छोटा है, इसलिए कई मामलों में उनकी अनदेखी हो सकती है।

क्या जीवाश्म प्रक्रिया में रंग बदल सकता है?

हमारा सवाल यह है कि क्या संरक्षित रंग असली रंग है। हमने शुरू में संरचना के रसायन विज्ञान का अध्ययन करके यह मान लिया था कि यह आधुनिक कीटों के समान है- या दूसरे शब्दों में, हमने मान लिया है कि यह प्रकाश को मोड़ देगा। लेकिन जब हम उन मूल्यों को अपने कंप्यूटर मॉडल में डालते हैं, तो वे काम नहीं करते। मॉडलों ने हमें बताया कि जीवाश्म के दौरान हमारे जीवाश्मों के रंग वास्तव में बदल गए थे।

हमारे प्रयोगों से हम यह पता लगाने में सक्षम थे कि परिवर्तन अतिरिक्त दबाव के कारण और, अधिक महत्वपूर्ण रूप से, स्थिर तापमान के कारण हुआ। तापमान, हमने पाया, वास्तव में इन संरचनात्मक रंगों का रंग परिवर्तन होता है क्योंकि शारीरिक संरचना सिकुड़ जाती है।

विलुप्त पौधों और जानवरों के रंग का अध्ययन करते समय, कौन सी प्रजातियां सर्वश्रेष्ठ सबूतों को पीछे छोड़ देती हैं?

यह विशेष प्रजातियों का मामला नहीं है, यह चीजों को सही तरीके से संरक्षित करने का मामला है।

अब तक किए गए अधिकांश अध्ययनों को पंखों पर किया गया है, या तो पक्षियों या डायनासोरों में पंख लगाए गए हैं, और उन्हें सभी को कार्बोनेशन संपीड़ित के रूप में संरक्षित किया गया है: जीवाश्म दबाव के तहत तलछटी चट्टान में बने जीवाश्म। यह समस्याग्रस्त है क्योंकि आप गैर-मेलेनिन रंगों के लिए जिम्मेदार पंख के हिस्सों को संरक्षित नहीं करते हैं।

मौजूदा पक्षियों में, मेलेनिन लगभग सर्वव्यापी है, और मेलेनिन के प्रभाव को अन्य रंजक की उपस्थिति से संशोधित किया जाता है। इसलिए यदि आप एक कार्डिनल के लाल पंखों को फिर से लेते हैं, तो वे लाल दिखते हैं, लेकिन अंदर, उनमें कैरोटिनॉइड होते हैं और मेलेनोसोम भी होते हैं। यदि उस पक्षी के पंख जीवाश्म से होकर जाते हैं, तो कैरोटीनॉयड ख़राब हो जाएगा और आप सभी को छोड़ दिया जाएगा, मेलेनोसोम्स हैं, और आपको नहीं पता होगा कि कार्डिनल लाल था]।

एक बहुत ही वास्तविक खतरा है कि बहुत सारे पुनर्निर्माण हम जीवाश्म पक्षियों और पंख वाले डायनासोरों को देख रहे हैं जो जीवों के रंगों के प्रतिनिधि नहीं हो सकते हैं जैसा कि हम सोच सकते हैं। यदि आप जीवाश्मों में मेलेनिन के प्रमाण पाते हैं, तो यह पैटर्निंग का संकेत हो सकता है, लेकिन वास्तविक ह्यू का नहीं। तो हम तर्क देते हैं कि ये कार्बोनेशन जीवाश्म संभवतः जीवाश्म रंग के अध्ययन के लिए आदर्श नहीं हैं।

हालांकि वैज्ञानिकों को अभी तक पता नहीं है कि डायनासोर किस रंग के थे, वे छायांकन का अंदाजा लगाने के लिए पंख और फर के जीवाश्म साक्ष्य का अध्ययन कर सकते हैं, जैसे इस पेंटरोसॉर पर। (जेड। यांग, बी। जियांग, एम। मैकनामारा, एट अल। / नेचर इकोलॉजी एंड इवोल्यूशन 3, 24–30 (2019))

किस प्रकार के जीवाश्म सबसे अच्छा रंग संरक्षित करते हैं?

हमें लगता है कि हमें खनिज कैल्शियम फॉस्फेट में संरक्षित जीवाश्मों की तलाश करनी चाहिए। यह सांप के साथ ऐसा मामला था जिसका हमने 2016 में अध्ययन किया था। साँप के रंग संरक्षित हैं; साँप की पूरी त्वचा कैल्शियम फॉस्फेट में संरक्षित है। कैल्शियम फॉस्फेट की सुंदरता यह है कि यह सब कुछ संरक्षित करता है। त्वचा के पूरे वर्णक संरक्षित हैं, जिसमें तीन प्रकार के वर्णक शामिल हैं जो आधुनिक सरीसृपों में रंग का उत्पादन करते हैं। यह संरचनात्मक रंग को संरक्षित करता है: लाल और पीला, और गहरा रंग।

उन प्रकार के जीवाश्म जहां आपने कैल्शियम फॉस्फेट में सब कुछ बंद कर दिया है, वे वास्तव में कार्बोनेटेशन संपीड़न की तुलना में जीवाश्म रंग के अध्ययन के लिए बहुत बेहतर लक्ष्य हैं।

तो डायनासोर किस रंग के थे?

हमारे पास विभिन्न पंख वाले डायनासोर हैं जिनके लिए हमारे पास इन रंग पैटर्न में मेलेनिन है, और आधुनिक पक्षियों में, मेलेनिन रंग अन्य पिगमेंट द्वारा संशोधित किया गया है। इन अन्य रंजकों को जीवाश्म के रूप में संरक्षित नहीं किया गया है, इसलिए हम अभी के लिए निश्चित नहीं हो सकते हैं।

यदि हमें डायनासोर की त्वचा मिली जो वास्तव में अच्छी तरह से संरक्षित थी, तो हमारे पास रंग को और अधिक विस्तार से पुनर्निर्माण करने का एक अच्छा मौका होगा। समस्या यह है कि अधिकांश डायनासोर की त्वचा छापों के रूप में संरक्षित है। ऐसे कई उदाहरण हैं जहां आप वास्तव में एक पतली कार्बनिक या खनिज फिल्म को बनाए रखते हैं, लेकिन भले ही कुछ का अध्ययन किया गया हो, लेकिन वास्तव में किसी ने भी वर्णक का विवरण नहीं दिया है।

आज, हम अक्सर शिकारियों के लिए विषाक्त चेतावनियों के रूप में या एक साथी को आकर्षित करने के लिए एक भव्य प्रदर्शन के रूप में, या छलावरण के रूप में सेवा करने के लिए अन्य सूक्ष्म रंगों के रूप में चमकीले रंग देखते हैं। पहले रंगीन जानवरों के लिए रंग का क्या उद्देश्य था?

बहुत सारे डायनोसोर हम देखते हैं कि काउंटरशेडिंग है, जो तब होता है जब पीछे और किनारे गहरे रंग के होते हैं और पेट एक रंग का होता है। यह कई आधुनिक जानवरों द्वारा इस्तेमाल किया जाने वाला एक रणनीति है जो शरीर को मजबूत प्रकाश वातावरण में रूपरेखा बनाने में मदद करता है [और छलावरण प्रदान करता है]।

एक पंख वाले डायनासोर में, जिसका हमने अध्ययन किया, उस पर पूँछ की बहुत बड़ी पट्टी होती है। इस तरह की बैंडिंग आज जानवरों में बहुत आम है, और जब यह शरीर के अन्य क्षेत्रों में होता है, तो इसे आमतौर पर छलावरण के लिए उपयोग किया जाता है। लेकिन इस विशिष्ट डायनासोर में, यह पूंछ के लिए स्थानीयकृत है। ताकि आधुनिक जानवरों में पूंछ में उच्च रंग के विपरीत का उपयोग अक्सर यौन संकेतन में किया जाता है, इसलिए संभोग प्रदर्शन के लिए।

जिस जीवाश्म सांप का हमने अध्ययन किया वह लगभग निश्चित रूप से छलावरण के लिए रंग का उपयोग कर रहा था। इसकी लंबाई के साथ काफी प्रहार करने वाले धब्बे थे, और उन धब्बों ने शायद फिर से विघटनकारी छलावरण के रूप में कार्य किया, जिससे शरीर को मजबूत प्रकाश में रेखांकित किया जा सके।

एक जीवंत नीली मॉर्फो तितली को सँवारती है, जिसमें 3 डी फोटोनिक क्रिस्टल संरचनाएँ होती हैं, जो उसके चमकीले रंग का निर्माण करती हैं। (मार्का / यूआईजी / गेटी इमेजेज)

जीवाश्म कीट और कुछ जीवाश्म कीड़े जिनका हमने संरचनात्मक रंगों के साथ अध्ययन किया था - हमें यह समझ में आया कि उनके रंगों ने एक दोहरे कार्य किया क्योंकि उनके पास बहुत ही हरा रंग था। जब कीट वनस्पति में छिपा होता है, तो ऐसा रंग गूढ़ होता है, लेकिन जब ये तितलियां मेजबान पौधों पर खिलाती थीं, तो फूल की पंखुड़ियों के साथ एक तेज रंग विपरीत होता था। कई कीट इसका उपयोग एक चेतावनी संकेत के रूप में करते हैं कि एक शिकारी निकट है।

नरम ऊतकों का अध्ययन करने के लिए हमारे पास कौन से नए उपकरण हैं, और हम क्या सीख सकते हैं कि हम इस बिंदु तक जीवाश्मों से सीख नहीं पाए हैं?

दस साल पहले, पूरी धारणा जो जीवाश्मों को संरक्षित कर सकती थी, शायद ही रडार पर थी - केवल एक अध्ययन था। बारह साल पहले, किसी को भी नहीं पता होगा कि यह संभव था।

कई द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री तकनीकें हैं जो आपकी सामग्री की सतह पर आणविक टुकड़ों को देखती हैं, लेकिन सभी टुकड़े नैदानिक ​​नहीं हैं। रासायनिक तकनीकें हैं जो मेलेनिन अणुओं के अनूठे टुकड़े पैदा करती हैं ताकि आप उन्हें किसी और चीज़ के साथ भ्रमित न कर सकें। लोग जीवाश्मों के अकार्बनिक रसायन को भी देख रहे हैं और रंग के सहायक साक्ष्य को पुनर्प्राप्त करने की कोशिश कर रहे हैं।

इसलिए टेफोनॉमी, टिशू केमिस्ट्री और रंग के सबूत पर विचार करना वास्तव में महत्वपूर्ण है, और जीवाश्मिकी के प्रभाव से जीव विज्ञान को छेड़ने का एक अच्छा तरीका प्रयोगों को करना है।

29 मार्च, 2019 को संगोष्ठी "जीवन की सबसे बड़ी हिट्स: विकास की प्रमुख घटनाएँ" प्राकृतिक इतिहास के राष्ट्रीय संग्रहालय में सुबह 10 बजे से शाम 4:30 बजे तक होती है और इसमें 10 अंतरराष्ट्रीय स्तर पर प्रशंसित विकासवादी जीवविज्ञानी और जीवाश्म विज्ञानी शामिल हैं। यहां टिकट उपलब्ध हैं।