Eläinten väritys kiehtoo minua aivan erityisesti. Aivan viime viikkoina olen työajalla kehitellyt uskottavia värityksiä esihistoriallisille eläimille ja vapaa-ajalla puuhaillut eläinten värien parissa muuten vain.
Luonnoneläimen väritys on evoluution muovaama kokonaisuus, joka kertoo paljon kantajansa elintavoista, ekologiasta, jopa pariutumistavoista. Värillä on toinenkin tarina, fysiologinen. Kuinka itse värit syntyvät, ja mikä asettaa niille rajat? Miksi ei ole olemassa vihreitä oravia tai violetteja hevosia? Miksi kameleontti vaihtaa väriä mielialan mukaan, mutta talitiainen ei?
Tämä juttusarja paneutuu näihin kysymyksiin. Aloitetaan tutuimmista otuksista, nisäkkäistä.
Väitetään, että ihmisiä on valkoisia ja mustia, joskus punaisia ja keltaisiakin. Tosiasiassahan olemme kaikki erilaisia ruskean sävyjä, ja niin ovat melkein kaikki muutkin viitisen tuhatta nisäkäslajia. Nisäkkäiden väritys on selkärankaisista kaikkein yksinkertaisin ja harmain. Tässä asiassa emme ainakaan ole luomakunnan kruunuja!
Nisäkkäiden ihossa on melanosyyttisoluja, jotka tuottavat kahta eri pigmenttiä: mustaa eumelaniinia ja punaruskeaa feomelaniinia. Kemiallisesti katsoen melaniinit ovat johdannaista tyrosiini-aminohaposta, jota eläimet pystyvät syntetisoimaan itse. Melaniinien tuottamat värit eivät siksi ole ainakaan suoraan riippuvaisia ruokavaliosta.
Melanosyytit tuottavat pieniä pigmentin täyttämiä jyväsiä, melanosomeja. Osa soluista levittää tuotoksensa ihosoluihin ja määrää ihon tummuuden. Loput sijaitsevat karvatupissa ja lisäävät pigmenttiä kasvaviin karvoihin. Eumelaniinin ja feomelaniinin eri määrät ja yhdistelmät riittävät luomaan kaikki nisäkkäiden turkin värit: valkoisen, harmaan, mustan, hiekanruskean, punaruskean, suklaanruskean.
Joidenkin nisäkkäiden ihon väriin vaikuttaa toinen pigmenttityyppi, karotenoidit. Karotenoidit ovat keltaisia, oransseja tai punaisia pigmenttejä, joita kasvit käyttävät auringonvalon keräämiseen, herkkien solukkojen suojaamiseen säteilyltä ja eläimille viestimiseen. Eläinten elimistössä ne toimivat antioksidantteina eli suojaavat kudosvaurioilta. Ihmisille tuttuja karotenoideja ovat esimerkiksi porkkanan sisältämä karoteeni, tomaatin lykopeeni ja mansikan luteiini.
Eläimet eivät pysty tuottamaan karotenoideja itse (lukuun ottamatta lehtikirvoja ja vihannespunkkeja, jotka ovat varastaneet kyvyn sieniltä!). Siksi kasveista saatava ja ravintoketjussa ylöspäin kulkeutuva karotenoidi on arvokasta tavaraa. Sen levittely iholle kertoo, että pigmenttiä on tuhlattavaksi asti. Onko ihme, että tutkimusten mukaan runsas värikkäiden kasvisten syönti tekee ihmisistä terveemmän näköisiä?
Siinäpä nisäkkäiden värin tarina sitten enimmäkseen olikin. Nisäkkäiden arvellaan käyneen värittömiksi samoihin aikoihin kun ne menettivät värinäkönsä. Se tapahtui niiden 150 miljoonan vuoden aikana, jolloin dinosaurukset hallitsivat maailmaa. Pikkunisäkkäät piileskelivät koloissa niiden jalkojen alla tai kipittivät ravinnonhaussa öisin. Noina aikoina värinäölle oli vain vähän käyttöä.
Useimpien nisäkkäiden värinäkö on huono, joidenkin olematon, joten kirkkaanvärisistä koristuksista ei olisi niille iloa. Monet tutut eläimet, kuten koirat, kissat ja hevoset, ovat punavihervärisokeita, joten niille on itse asiassa yhdentekevää, ovatko ne punaruskeita vai vihreitä. Esimerkiksi valaat ja pesukarhut ovat täysin värisokeita. Se selittää sinisten norsujen ja violettien hevosten puuttumisen.
Voisi kuitenkin kuvitella, että pikkunisäkkäille vihreä olisi hyödyllinen suojaväri petolintuja vastaan, vaikka ne eivät itse sitä näkisikään. Ovathan monet tropiikin matelijat, sammakot ja linnutkin vihreitä. Tässä kohtaa luonnonvalinta kohtaa fysiologisen mahdottomuuden: nisäkkään turkki ei yksinkertaisesti voi olla vihreä. Nisäkäsmaailman lähin vastine vihreälle turkille löytyy laiskiaisilta, joiden harmaanruskeassa turkissa kasvaa viherlevää.
Useimmiten vihreä syntyy sinisen rakenteellisen värin (esimerkiksi matelijoilla ihon sisässä olevien guaniinikiteiden) ja keltaisen karotenoidipigmentin yhdistelmästä. Nisäkkäiltä puuttuvat molemmat palikat.
Karotenoideja ei jostain syystä ole nisäkkäiden karvassa, vaikka niitä onkin ihossa, eikä karvan rakenne näytä sopivan kovinkaan hyvin rakenteellisten värien tuottamiseen. Rakenteelliset värit syntyvät, kun pinnan mikroskooppinen hienorakenne aiheuttaa tietyn valon aallonpituuden heijastumisen takaisin (pigmentit puolestaan imevät itseensä eli absorboivat tiettyjä aallonpituuksia ja päästävät loput läpi, siinä niiden ero). Nisäkkäiden karvoissa ei normaalisti ole sopivia rinnakkaisia tai päällekkäisiä rakenteita, joista rakenteellinen väri voisi syntyä.
Mutta kaikkeen on tietenkin poikkeus. Afrikkalaiset kultiaiset eli kultamyyrät (jotka eivät ole sukua kontiaisille saati myyrille, vaan norsuille) ovat kuin ovatkin metallinhohtoisia, ja niiden turkin väri on nisäkkääksi todella mielikuvituksellinen: metallinhohde on ehkä heikko, mutta se voi olla kultainen, hopeinen, vihertävä tai vaikka purppurainen! Vielä kummallisemman asiasta tekee se, että kultiaiset ovat umpisokeita.
Metallinhohde näyttääkin olevan pelkkä sivutuote, joka on syntynyt, kun kultiaisten karvan rakenne on sopeutunut kestämään näiden eläinten sangen kuluttavan elämäntavan. Ne nimittäin uivat hiekassa. Kultiaisten yksittäiset karvat ovat litistyneitä. Niiden sileä yläpinta ja litistyneiden pintasuomujen kerrokset tuottavat metallinhohteen, joka mikroskoopilla katsoen on varsin samanlainen kuin kovakuoriaisten peitinsiivissä. Kummallista! On outoa, ettei mikään muu nisäkäs ole itsenäisesti päätynyt samaan karvan rakenteelliseen muutokseen, vaikka metallinhohde varmaan olisi hieno ornamentti parittelukumppanin hurmaamiseen.
Toinen erikoisuus ovat vihermarakatteihin kuuluvien vervettiapinoiden (Chlorocebus pygerythrus) ja eräiden opossumien hehkuvan taivaansiniset kivekset. Hieman vaaleampaa sinistä on myös paviaaneihin kuuluvan mandrillin (Mandrillus sphinx) naamassa ja takamuksessa. Nisäkkäät ovat värien suhteen jotenkin takaperoisia. Jos muuten kovin ruskeanharmaissa eläimissä jokin paikka on värikäs, se löytyy takapäästä.
Mandrillin erikoinen väritys kiehtoi jo Charles Darwinia, mutta sen synty selvisi vasta vuonna 2004. Silloin evoluutiobiologi Richard Prum osoitti yhdessä matemaatikko Rodolfo Torresin kanssa, että apinan sininen iho syntyy samalla tavalla kuin lintujenkin. Sen sama kaksikko oli puolestaan selvittänyt edellisenä vuonna.
Ihon sininen on rakenteellinen väri, joka syntyy kollageenisäikeiden järjestyksestä. Normaalisti ihoa koossa pitävät kollageenisäikeet osoittavat mikä minnekin. Sinisessä ihossa (kuten vervettiapinan kasseissa) säikeet ovat sen sijaan hyvässä järjestyksessä vieri vieressä. Niiden välinen etäisyys on juuri sopiva heijastamaan sinisen valon takaisin. Mandrillin naamassa kollageenisäikeet ovat hieman kauempana toisistaan, mikä tuottaa vaaleamman sinisen sävyn, koska sinisen lisäksi takaisin pääsee heijastumaan pieniä määriä muitakin aallonpituuksia.
Jotta ei tulisi pidettyä meitä nisäkkäitä liian tylsinä, muistutettakoon vielä, että ainakin yksi nisäkäslaji pystyy muuttamaan väriään muutamassa sekunnissa mielialansa mukaan kuin kameleontti ainakin. Tuo eläin on ihminen, ja värimuutosta nimitetään punastumiseksi.
Sarjan muut osat:
Osa 2: höyhenten lumoissa (linnut).
Osa 3: kuparilinnut ja muita kummajaisia (linnut)
Osa 4: kosmeettisia parannuksia (linnut)
Osa 5: ajatuksen voimalla (matelijat, sammakkoeläimet ja kalat)
Aiempia artikkeleita väreistä ja värinäöstä:
Värejä miljoonien vuosien takaa (dinosaurusten fossiileissa säilyneistä melanosomeista).
Kaikissa sateenkaaren väreissä (nisäkkäiden värinäöstä).
Ainutlaatuinen, pelottava mantis (sirkkaäyriäinen erottaa 16 pääväriä).
Kalan silmin (kalojen näöstä ja muista aisteista).
Miksi aavikkohiiri on vaalea? (nisäkkäiden suojavärin evoluutiosta).
Arktisen Eedenin hevoset (jääkauden eläinten värien genetiikasta).
Lähteitä ja lisätietoa:
Tobin ym. 2005: Hair pigmentation: a research update. Journal of Investigative Dermatology. (open access, mutta vähän tekninen)
Phys.org: Tropical bats found to use carotenoids for skin coloration.
Stephen ym. 2011: Carotenoid and melanin pigment coloration affect perceived human health. Evolution and Human Behavior.
Wu ym. 2017: Invasion of Ancestral Mammals into Dim-light Environments Inferred from Adaptive Evolution of the Phototransduction Genes. Scientific Reports.
Maor ym. 2017: Temporal niche expansion in mammals from a nocturnal ancestor after dinosaur extinction. Nature Ecology & Evolution. (open access)
Gizmodo: Mammals Literally Came Out of the Dark Once the Dinos Were Gone. (populaariartikkeli edellisestä)
Snyder ym. 2012: Iridescent colour production in hairs of blind golden moles (Chrysochloridae). Biology Letters. (open access)
Wikipedia: Structural coloration (melko yleistajuinen selostus rakenteellisen värin fysiikasta).
Prum & Torres 2004: Structural colouration of mammalian skin: convergent evolution of coherently scattering dermal collagen arrays. Journal of Experimental Biology. (open access)
Science: What’s behind a blue behind? (populaariartikkeli edellisestä)
planeetanihmeet.wordpress.com 
Metallinhohtoisia hevosia on kuitenkin olemassa (ahaltek). Mistäköhän se johtuu?
Hyvä huomautus! Ahaltekhevosista osa tosiaankin näyttää metallinhohtoisilta.
Pieni lueskelu antoi ymmärtää, että niiden karvoissa on rakenteellisia poikkeamia verrattuna tavallisiin nisäkkäisiin, mikä aiheuttaa valon heijastumisen takaisin tietyssä kulmassa. Lähde ei ollut kovin vakuuttava (tässä: https://www.africanglobe.net/featured/ancient-akhal-teke-horse-metallic-sheen/), mutta jos väite pitää paikkansa, ahaltekeilla taitaa tosiaan olla jalostettuna ominaisuutena rakenteellinen väri.
Reblogged this on ollipursi and commented:
Eläinten väritys on sidoksissa geeneihin.