Utilizzando la sorgente luminosa a radiazione di sincrotrone Stanford di SLAC, i ricercatori sono stati in grado di districare la storia dei pigmenti chiave negli antichi fossili di topi. I ricercatori hanno dimostrato che il topo probabilmente aveva una pelliccia rossastra e marrone sul dorso e sui lati e una pancia bianca, come mostrato nella concezione dell'artista di Stuart Pond a sinistra. L'immagine in basso a destra è una fotografia del fossile chiave esaminato in questo studio. Sopra c'è un'immagine a raggi X di sincrotrone a falsi colori della chimica fossile. Credito:Gregory Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
I ricercatori hanno rilevato per la prima volta tracce chimiche di pigmento rosso in un antico fossile:un topo eccezionalmente ben conservato, non diversamente dai topi di campagna di oggi, che vagava per i campi di quello che oggi è il villaggio tedesco di Willershausen circa 3 milioni di anni fa.
Lo studio ha rivelato che la creatura estinta, soprannominato affettuosamente "mighty mouse" dagli autori, era vestito di una pelliccia da marrone a rossastra sul dorso e sui fianchi e aveva una piccola pancia bianca. I risultati sono stati pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .
La collaborazione internazionale, guidato da ricercatori dell'Università di Manchester nel Regno Unito, ha utilizzato la spettroscopia a raggi X e più tecniche di imaging per rilevare la delicata firma chimica dei pigmenti in questo topo estinto da tempo.
"La vita sulla Terra ha disseminato i reperti fossili con una ricchezza di informazioni che solo di recente sono state accessibili alla scienza, "dice Phil Manning, un professore a Manchester che ha co-diretto lo studio. "Ora è possibile implementare una suite di nuove tecniche di imaging, che ci permettono di scrutare in profondità la storia chimica di un organismo fossile e i processi che hanno preservato i suoi tessuti. Dove una volta vedevamo semplicemente minerali, ora eliminiamo delicatamente i "fantasmi biochimici" di specie estinte da tempo".
Il gruppo di ricerca, che include scienziati del National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, utilizzato fasci di raggi X dalla Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) di SLAC e dalla Diamond Light Source (DLS) nel Regno Unito.
Un'immagine a raggi X di sincrotrone a falsi colori della chimica fossile. Il blu rappresenta il calcio nelle ossa, il verde è l'elemento zinco che ha dimostrato di essere importante nella biochimica del pigmento rosso e il rosso è un particolare tipo di zolfo organico che non può essere visualizzato con i metodi tradizionali. Questo tipo di zolfo è arricchito di pigmento rosso. Quando combinato, le regioni ricche sia di zinco che di zolfo appaiono gialle in questa immagine, mostrando che la pelliccia di questo animale era ricca di composti chimici che molto probabilmente sono derivati dai pigmenti rossi originali prodotti dal topo. Credito: Comunicazioni sulla natura
Dipingere un quadro del passato
Il colore gioca un ruolo fondamentale nei processi selettivi che hanno guidato l'evoluzione per centinaia di milioni di anni. Ma fino a poco tempo fa le tecniche utilizzate per studiare i fossili non erano in grado di esplorare la pigmentazione degli animali antichi che è fondamentale quando si ricostruisce esattamente come apparivano.
Questo documento più recente segna una svolta nella capacità di risolvere i pigmenti di colore fossilizzati in specie ormai scomparse mappando gli elementi chiave associati alla melanina del pigmento, il pigmento dominante negli animali. Sotto forma di eumelanina, il pigmento dà un colore nero o marrone scuro, ma sotto forma di feomelanina, produce un colore rossastro o giallo.
Costruire le fondamenta
Fino a poco tempo fa, i ricercatori si erano concentrati sulle tracce di elementi noti per essere associati all'eumelanina, che in esperimenti precedenti hanno rivelato modelli scuri e chiari nelle piume dei primi uccelli, compreso Archaeopteryx il famoso fossile che per primo ha offerto un chiaro legame tra dinosauri e uccelli.
Nel 2016, co-autore Nick Edwards, scienziato presso SLAC, ha condotto uno studio che ha dimostrato il potenziale per differenziare tra eumelanina e feomelanina nelle moderne piume di uccelli. Quel lavoro ha fornito un punto di riferimento chimico per questo articolo più recente, che per la prima volta ha mostrato di poter rilevare lo sfuggente pigmento rosso, che è molto meno stabile nel tempo geologico, negli antichi fossili.
Il fossile chiave esaminato in questo studio è una specie estinta di 3 milioni di anni di topo di campo proveniente dalla Germania. Il mouse è lungo circa 7 cm. Credito:Università di G?ttingen
"Abbiamo dovuto costruire una solida base utilizzando tessuti animali moderni prima di poter applicare la tecnica a questi antichi animali, " Ha detto Edwards. "E 'stato davvero un punto di svolta nell'utilizzo di firme chimiche per rompere la colorazione di animali antichi con fossili di tessuti molli".
Per rivelare i modelli fossili nel potente topo, il team di Manchester ha utilizzato SSRL e DLS per bagnare i fossili di intensi raggi X. L'interazione di quei raggi X con i metalli in tracce presenti nei pigmenti ha permesso al team di ricostruire la colorazione rossastra nella pelliccia del topo.
"I fossili utilizzati in questo studio conservano sorprendenti dettagli strutturali, ma il nostro lavoro sottolinea che una conservazione così eccezionale può anche portare a dettagli chimici straordinari che cambiano la nostra comprensione di ciò che è possibile risolvere nei fossili, " ha detto il professore di geochimica di Manchester Roy Wogelius, che ha co-diretto lo studio. "Durante la strada abbiamo imparato molto di più sulla chimica della pigmentazione in tutto il regno animale"
Aggiungere una nuova dimensione
La chiave del loro lavoro è stata determinare che i metalli in tracce sono stati incorporati nella pelliccia fossile di topo esattamente nello stesso modo in cui si legano ai pigmenti negli animali con alte concentrazioni di pigmento rosso nei loro tessuti.
"Quando si effettuano ricerche in un'area particolare, la portata delle tue tecniche potrebbe evolvere, "dice Uwe Bergmann, coautore e un distinto scienziato del personale dello SLAC che ha guidato lo sviluppo dell'imaging a fluorescenza a raggi X utilizzato in questa ricerca. "La speranza è che tu possa sviluppare uno strumento che entrerà a far parte dell'arsenale standard quando verrà studiato qualcosa di nuovo, e credo che l'applicazione ai fossili sia un buon esempio".
Lo sforzo, che ha coinvolto la fisica, paleontologia, chimica organica e geochimica, informa gli scienziati su cosa cercare in futuro.
"La nostra speranza è che questi risultati significhino che possiamo diventare più fiduciosi nella ricostruzione degli animali estinti e quindi aggiungere un'altra dimensione allo studio dell'evoluzione, " dice Wogelius.
