Advanced

Fossil pigments and pigment organelles - colouration in deep time

Martin, Ellinor LU (2012) In Dissertations in Geology at Lund University GEOL01 20121
Department of Geology
Abstract
Pigmentation is important in all animals and plants, e.g., for protection against radiation, for signalling and as camouflage. The fossil record contains both colourful bird feathers and insect cuticles. The question is if original pigments and colours can be spared from diagenetic alteration through millions of years. This study uses SEM (scanning electron microscopy) and EDX (energy dispersive X-ray spectrometry) to examine the eyes of a fossil insect and a fossil feather, both from the Eocene Fur Formation, Denmark and two fossil feathers from the Eocene Green River Formation, USA. The EDX analysis showed elevated carbon intensities in the dark peripheral of the ommatidia and elevated calcium intensities towards the centre of each... (More)
Pigmentation is important in all animals and plants, e.g., for protection against radiation, for signalling and as camouflage. The fossil record contains both colourful bird feathers and insect cuticles. The question is if original pigments and colours can be spared from diagenetic alteration through millions of years. This study uses SEM (scanning electron microscopy) and EDX (energy dispersive X-ray spectrometry) to examine the eyes of a fossil insect and a fossil feather, both from the Eocene Fur Formation, Denmark and two fossil feathers from the Eocene Green River Formation, USA. The EDX analysis showed elevated carbon intensities in the dark peripheral of the ommatidia and elevated calcium intensities towards the centre of each ommatidium. Elevated carbon and sulphur intensities were observed in all feathers relative to the surrounding matrix. The carbon in all four specimens is interpreted as originating from organic matter present in the fossils. The calcium in the insect eye is interpreted as the preserved crystalline cones of the ommatidia. It is possible that original pigments and pigments organelles are preserved; however this cannot be confirmed by the methods used in this study. (Less)
Abstract (Swedish)
Pigmentering är en viktiga hos alla djurgrupper; som skydd mot UV-strålning, för kommunikat-ion mellan artfränder och som kamouflage. Det fossila arkivet har gett upphov till både fåglar och insekter med olika färgskiftningar. Men kan ursprungliga pigment och strukturella färger förbli intakta över miljontals år? Den här studien använder SEM (scanning electron microscopy) och EDX-analyser (energy dispersive X-ray spectro-metry) för att undersöka ögonen hos ett insektsfossil och en fossil fjäder från Furformationen i Danmark och två fossila fjädrar från Green Riverformationen i USA. Vidare omfattar studien en genomgång av pigment och pig-mentorganeller och av tidigare publicerade arbeten rörande fossila pigment och färger hos utdöda djur.... (More)
Pigmentering är en viktiga hos alla djurgrupper; som skydd mot UV-strålning, för kommunikat-ion mellan artfränder och som kamouflage. Det fossila arkivet har gett upphov till både fåglar och insekter med olika färgskiftningar. Men kan ursprungliga pigment och strukturella färger förbli intakta över miljontals år? Den här studien använder SEM (scanning electron microscopy) och EDX-analyser (energy dispersive X-ray spectro-metry) för att undersöka ögonen hos ett insektsfossil och en fossil fjäder från Furformationen i Danmark och två fossila fjädrar från Green Riverformationen i USA. Vidare omfattar studien en genomgång av pigment och pig-mentorganeller och av tidigare publicerade arbeten rörande fossila pigment och färger hos utdöda djur. Resultaten av EDX-analyserna visade höga värden av kol i de mörka delarna av ommatidierna och förhöjda värden av kalcium inuti varje enskilt ommatidium. Fjädrarna visade förhöja värden av kol och svavel jämfört med kringliggande matrix. Förekomsten av kol hos alla fyra fossil tolkas som rester av biologiska vävnader som fortfarande kan finnas kvar i fossilen. Kalciumet i de fossila insektsögonen tolkas som bevarade kristallina koner och/eller linser som ut-gör ett ommatidium. Det finns indikationer på att ursprungliga pigment och pigmentorganeller kan finnas bevarade. Detta kan dock inte styrkas med metoderna i den här studien. (Less)
Abstract (Swedish)
Populärvetenskaplig sammanfattning:
Pigmentering är en viktig funktion hos alla djurgrupper, exempelvis; som skydd mot UV-strålning, för kommunikation mellan artfränder och som kamouflage. Det fossila arkivet har gett upphov till en mängd fåglar och insekter med olika färgskiftningar. Men frågan är huruvida pigment och strukturella färger kan förbli intakta över miljontals år.
Färg är en konsekvens av att olika våglängder av det synliga ljuset reflekteras, absorberas och bryts av pigment och av pigmentens lagring i hud, fjädrar eller skal. Det vanligaste pigmentet är melanin. Melanin lagras inuti mikrometerstora pigmentorganeller, melanosomer, som bildas inuti pigmentceller som kallas melanocyter. Det finns två huvudtyper av melanin;... (More)
Populärvetenskaplig sammanfattning:
Pigmentering är en viktig funktion hos alla djurgrupper, exempelvis; som skydd mot UV-strålning, för kommunikation mellan artfränder och som kamouflage. Det fossila arkivet har gett upphov till en mängd fåglar och insekter med olika färgskiftningar. Men frågan är huruvida pigment och strukturella färger kan förbli intakta över miljontals år.
Färg är en konsekvens av att olika våglängder av det synliga ljuset reflekteras, absorberas och bryts av pigment och av pigmentens lagring i hud, fjädrar eller skal. Det vanligaste pigmentet är melanin. Melanin lagras inuti mikrometerstora pigmentorganeller, melanosomer, som bildas inuti pigmentceller som kallas melanocyter. Det finns två huvudtyper av melanin; eumelanin, ett svart till mörkbrunt olösligt pigment, och feomelanin, ett rödbrunt till gulbrunt, lösligt pigment. Feomelanin skiljer sig från eumelanin bland annat då den även innehåller en del svavel. Hos fossila fjädrar har melanosomlika kroppar hittats, som tidigare benämnts som fossiliserade bakterier. Ett problem med att bedöma förekomsten av melanin är att melanosomer och bakterier liknar varandra både till storlek och utseende. Med kemiska analyser har man emellertid kunnat identifiera melanin i ett ca 50 miljoner år gammalt fisköga.
I insekters fasettögon är bland annat pigmentet ommokrom viktigt. Det är ett av tre pigment som finns i ytterkanterna av varje lins. Pigmenten fungerar som pupiller och begränsar hur mycket ljus som når ljusreceptorerna (pigment som tar emot ljuspartiklar) längre in i ögat för att insekten på så vis får en klarare syn. Färggranna fossila insekter har tidigare analyserats för att kunna avgöra om färgerna som de uppvisar kan vara de ursprungliga bevarade pigmenten. I två studier av skalbaggar respektive nattfjärilar så hade inte pigmenten bevarats men däremot de nanometerstora strukturer som ger en metallisk färg. Genom att jämföra strukturerna med nulevande skalbaggar och nattfjärilar så kunde den ursprungliga färgen räknas ut.
Undersökningen
I det här arbetet ville jag undersöka om fossila pigment kunde bevaras. Metoder som användes var SEM (scanning electron microscopy) och EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy). I SEM kan man få närbilder på fossilets mindre delar som annars är svåra att se och med EDX får man reda på vilka grundämnen som bygger upp fossilet. Fyra fossil undersöktes; varav en harkrank (se bild) och en fjäder från Furformationen i Danmark, och två fjädrar från Green Riverformationen i USA. Resultaten från EDX-analysen visar att insektögonen innehåller mycket kalcium som tolkats som de delvis bevarade linserna. Kol förekommer runt linserna och skulle kunna vara rester av ommokrom. Fjärdrarna innehåller mycket kol som skulle kunna vara melanin. Två av fjädrarna innehåller dessutom en del svavel vilken skulle kunna tolkas som feomelanin. Metoderna som användes kan dock inte styrka att pigmenten bevarats utan vidare undersökningar med kemiska analyser måste göras. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Martin, Ellinor LU
supervisor
organization
alternative title
Fossila pigment och pigmentorganeller — färg genom djup tid
course
GEOL01 20121
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
ommochrome, paleobiology, Green Riverformationen, Furformationen, fjädrar, insekter, fossil, ommokrom, paleobiologi, melanin, insect, feather, Fur Formation, Green River Formation.
publication/series
Dissertations in Geology at Lund University
report number
303
language
English
id
2701726
date added to LUP
2012-06-07 14:28:39
date last changed
2012-06-07 14:28:39
@misc{2701726,
  abstract     = {Pigmentation is important in all animals and plants, e.g., for protection against radiation, for signalling and as camouflage. The fossil record contains both colourful bird feathers and insect cuticles. The question is if original pigments and colours can be spared from diagenetic alteration through millions of years. This study uses SEM (scanning electron microscopy) and EDX (energy dispersive X-ray spectrometry) to examine the eyes of a fossil insect and a fossil feather, both from the Eocene Fur Formation, Denmark and two fossil feathers from the Eocene Green River Formation, USA. The EDX analysis showed elevated carbon intensities in the dark peripheral of the ommatidia and elevated calcium intensities towards the centre of each ommatidium. Elevated carbon and sulphur intensities were observed in all feathers relative to the surrounding matrix. The carbon in all four specimens is interpreted as originating from organic matter present in the fossils. The calcium in the insect eye is interpreted as the preserved crystalline cones of the ommatidia. It is possible that original pigments and pigments organelles are preserved; however this cannot be confirmed by the methods used in this study.},
  author       = {Martin, Ellinor},
  keyword      = {ommochrome,paleobiology,Green Riverformationen,Furformationen,fjädrar,insekter,fossil,ommokrom,paleobiologi,melanin,insect,feather,Fur Formation,Green River Formation.},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  series       = {Dissertations in Geology at Lund University},
  title        = {Fossil pigments and pigment organelles - colouration in deep time},
  year         = {2012},
}