Mitől csillog a kazuár?

A strucc rokonságába tartozó, Ausztrália és Új-Guinea területén honos kazuárt a világ legveszélyesebb madarának tartják, képes súlyos sérülést okozni hatalmas, vaskos lábával és erős, pengeéles karmaival, azonban nem e tulajdonsága volt a kérdéses a Field Museum és a Texasi Egyetem kutatóinak vizsgálata során.
A madarak valamikor 80-100 millió éve kettévált fejlődési útvonalainak egyikén a strucc, a kivi, a kazuár, az emu és rokonságuk (futómadár-szabásúak, Paleognathae) őse járt, a másikon pedig a többi ma élő madár (újmadárszabásúak, Neognathae) őse. A két ág nemcsak röpképességében tér el, hanem abban is, hogy míg az énekesmadarak és társaik képesek tollazatukban színjátszó ragyogó árnyalatokat produkálni a toll nanoszerkezetének köszönhetően, addig a kazuár rokonságában erre semmilyen példát nem találtak. Az irizáló szerkezeti színekre viszont már a dinoszauruszokkal együtt élő madaraknál is volt példa (kiválóan fennmaradt toll mikroszkópos vizsgálatából tudható).

„A röpképtelen futómadarakat azonban sokszor félresöpörték az ilyen tollazat-vizsgálatokban, de ha ismerni szeretnénk a madarak két ágának közös ősét, akkor mindkét fejlődési ágat meg kell vizsgálnunk” – mondta Chad Eliason, a Field Museum munkatársa, a Science Advances folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője. Bár úgy hisszük, hogy mindent értünk az állatok színeinek kialakulásáról, azért maradtak még kérdések. Például az, hogy mitől oly csillogó a kazuár fekete tolla? Chad Eliason és texasi kollégája, Julia Clarke véletlenül rábukkantak a válaszra, egy, a futómadarak evolúciójának részleteit feltáró nagyszabású kutatás során.

Az egyes madaraknál a tolluk más és más részeinek szerkezetében alakul ki a színt, csillogást.  Az ábra bal szélén a sematikus rajzokon fekete jelöli a szerkezeti színt hordozó tollrészletet.

Forrás: Science Advances

A madártollak szerkezeti színeit, vagyis a ragyogó, sokszor színjátszó, vagy fémes fényű árnyalatokat az okozza, hogy a tollakban lévő melanoszómáknak hívott színtestecskék speciális elrendeződést mutatnak, maga a szerkezet az, amely a fény interferenciája és visszaverődése révén felel a színért. Erre azonban nem volt semmi futómadár-szabásúban példa, bár a szerkezeti színek nem idegenek tőlük sem: a kazuár nyakának kékségét, vagy a tinamu tojásainak fémes árnyalatát is szerkezeti szín adja.

A madártollak felépítése hasonlítható egy fáéhoz: középen a tollszár jelenti a toll gerincét, a hasonlatban a fa törzsét, amelyből kétoldalt a tollágak a fa ágainak megfeleltethető részek, majd ezeken a sugarak a faágakon növekvő gallyak.
Az újmadárszabásúaknál a szerkezeti színeket a tollak ágai, sugarai adják, azonban a futómadár-szabásúaknál e helyeken nincs szerkezeti színt előállító rendezettség. A kazuár esetében mikroszkópos vizsgálattal sikerült feltárni azt, hogy a tollszár (a toll középső tengelyét, gerincét adó szerkezeti eleme) rendelkezik olyan nanoszerkezettel, amely viszont már szerkezeti színként funkcionál. Azzal, hogy a kazuár tolla laza szerkezetű a ritkásan álló sugaraknak köszönhetően, láthatóvá válnak az egyedi tollak szárai, s ezek így átfogó csillogó jelleget adnak az egész madárnak.

A madártoll-kövületet óvatosan szétbontva, elektronmikroszkóppal vizsgálva kiderítették annak egykori színét is, a kép jobb felén látható felvételeken a melanoszómák egyedi alakja és elrendeződése alapján.

Forrás: Science Advances

Miután felfedezték ezt a különleges helyen kialakult szerkezeti színt, a kutatók egy 52 millió éve élt madár, Calxavis grandei, a kazuár ősi rokona tollait is megvizsgálták. A kiváló megtartású tollmaradványokat elektronmikroszkóppal vizsgálva derült ki, hogy az egykori futómadárnak szintén szerkezeti színek tették szebbé a külsejét. Mivel a szerkezeti színeknél a szerkezet ősmaradványban is megőrzött fizikai tulajdonságai határozzák meg a színt, így kiderült, hogy a melanoszómák alakja és elrendeződése alapján az ősmadár kékesen irizáló tollazatot viselhetett. Ráadásul az ősi futómadár tollának a sugarain voltak jelen a színt adó szerkezetek, és így ez lett az első olyan példa a futómadár-szabásúak közt, amelynek az újmadár-szabásúakéval egyező típusú szerkezeti színei voltak. A kazuárt is beleszámítva, a mostani kutatás rögtön két esetet is talált a futómadár-szabásúak körében a toll szerkezeti színeire.

„Mivel a kazuár nem repül, ezért a tollazata elvesztette a repüléshez szükséges merev formáját, így a szerkezeti szín sem tudott a szokványos helyen kialakulni, az újszerű tollalakkal pedig újszerű helyre került a megfelelő nanoszerkezet is” – magyarázta Eliason.

A színeken túl a kutatás eredménye a toll evolúciójának kettéágazó útját is mutatja, s ezzel betekintést enged abba a korba is, amikor a dinoszauruszok kihalófélben voltak, a madarak pedig terjedőben. „A futómadár-szabásúak vizsgálatára is szükség van ahhoz, hogy megértsük, mi és miért zajlott az evolúció során” – fejezte be Eliason.