Onderzoekers hebben voor het eerst chemische sporen van rood pigment ontdekt in een oud fossiel - een uitzonderlijk goed bewaard gebleven muis, niet anders dan de huidige veldmuizen, die zo'n 3 miljoen jaar geleden door de velden van wat nu het Duitse dorp Willershausen is, zwierf.

De studie onthulde dat het uitgestorven wezen, liefkozend "machtige muis" genoemd door de auteurs, was gekleed in bruin tot roodachtig bont op zijn rug en zijkanten en had een klein wit buikje. De resultaten zijn vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

De internationale samenwerking, geleid door onderzoekers van de Universiteit van Manchester in het VK, gebruikte röntgenspectroscopie en meerdere beeldvormingstechnieken om de delicate chemische handtekening van pigmenten in deze lang uitgestorven muis te detecteren.

"Het leven op aarde heeft het fossielenbestand bezaaid met een schat aan informatie die pas sinds kort toegankelijk is voor de wetenschap, " zegt Phil Manning, een professor in Manchester die de studie leidde. "Er kan nu een reeks nieuwe beeldvormingstechnieken worden ingezet, die ons in staat stellen om diep in de chemische geschiedenis van een fossiel organisme te kijken en de processen die zijn weefsels hebben bewaard. Waar we ooit gewoon mineralen zagen, nu ontrafelen we voorzichtig de 'biochemische geesten' van lang uitgestorven soorten."

Het onderzoeksteam, waaronder wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie, gebruikte röntgenstralen van SLAC's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) en de Diamond Light Source (DLS) in het Verenigd Koninkrijk.

Een beeld van het verleden schilderen

Kleur speelt een cruciale rol in de selectieve processen die de evolutie honderden miljoenen jaren hebben gestuurd. Maar tot voor kort, technieken die werden gebruikt om fossielen te bestuderen, waren niet in staat om de pigmentatie van oude dieren te onderzoeken, wat cruciaal is bij het reconstrueren van hoe ze er precies uitzagen.

Dit meest recente artikel markeert een doorbraak in het vermogen om gefossiliseerde kleurpigmenten in lang vervlogen soorten op te lossen door sleutelelementen in kaart te brengen die verband houden met het pigment melanine, het dominante pigment bij dieren. In de vorm van eumelanine, het pigment geeft een zwarte of donkerbruine kleur, maar in de vorm van pheomelanine, het produceert een roodachtige of gele kleur.

De basis leggen

Tot voor kort, de onderzoekers hadden zich gericht op de sporen van elementen waarvan bekend is dat ze geassocieerd zijn met eumelanine, die in eerdere experimenten donkere en lichte patronen onthulden in de veren van de eerste vogels, waaronder Archaeopteryx, het beroemde fossiel dat voor het eerst een duidelijk verband bood tussen dinosaurussen en vogels.

in 2016, co-auteur Nick Edwards, wetenschapper bij SLAC, leidde een onderzoek dat het potentieel aantoonde om onderscheid te maken tussen eumelanine en pheomelanine in moderne vogelveren. Dat werk leverde een chemische benchmark op voor dit meest recente artikel, die voor het eerst aantoonde dat het mogelijk is om het ongrijpbare rode pigment te detecteren, die veel minder stabiel is over de geologische tijd, in oude fossielen.

"We moesten een sterke basis opbouwen met behulp van modern dierlijk weefsel voordat we de techniek op deze oude dieren konden toepassen, " zei Edwards. "Het was echt een kantelpunt in het gebruik van chemische handtekeningen om de kleuring van oude dieren met fossielen van zacht weefsel te kraken."

Om de fossiele patronen in de machtige muis te onthullen, het Manchester-team gebruikte SSRL en DLS om de fossielen te baden in intense röntgenstralen. Door de interactie van die röntgenstralen met sporenmetalen die in pigmenten worden gevonden, kon het team de roodachtige kleur in de vacht van de muis reconstrueren.

"De fossielen die in deze studie zijn gebruikt, behouden verbazingwekkende structurele details, maar ons werk benadrukt dat zo'n uitzonderlijke bewaring ook kan leiden tot buitengewone chemische details die ons begrip veranderen van wat mogelijk is om op te lossen in fossielen, " zei de Manchester hoogleraar geochemie Roy Wogelius, die de studie mede leidde. "Onderweg hebben we zoveel meer geleerd over de chemie van pigmentatie in het dierenrijk"

Een nieuwe dimensie toevoegen

De sleutel tot hun werk was het vaststellen dat sporenmetalen in de gefossiliseerde muizenvacht werden opgenomen op precies dezelfde manier waarop ze zich hechten aan pigmenten bij dieren met hoge concentraties rood pigment in hun weefsel.

"Als je onderzoek doet op een bepaald gebied, de reikwijdte van uw technieken kan evolueren, " zegt Uwe Bergmann, co-auteur en een vooraanstaande stafwetenschapper bij SLAC die de ontwikkeling leidde van de röntgenfluorescentiebeeldvorming die in dit onderzoek wordt gebruikt. "De hoop is dat je een tool kunt ontwikkelen die deel gaat uitmaken van het standaardarsenaal wanneer iets nieuws wordt bestudeerd, en ik geloof dat de toepassing op fossielen een goed voorbeeld is."

De moeite, waarbij natuurkunde betrokken was, paleontologie, organische chemie en geochemie, informeert de wetenschappers waar ze in de toekomst op moeten letten.

"Onze hoop is dat deze resultaten zullen betekenen dat we meer vertrouwen kunnen krijgen in het reconstrueren van uitgestorven dieren en daardoor een nieuwe dimensie toe te voegen aan de studie van evolutie, ' zegt Wogelius.