Eläinten värit, osa 5: ajatuksen voimalla

34203697175_423855c55f_k
Pantterikameleontti (Furcifer pardalis) luonnossa Madagaskarilla. Matelijoiden, kalojen ja sammakkoeläinten joukossa on maastoutumisen mestareita, psykedeelisen räikeitä lajeja ja kaikkea siltä väliltä. Kuva: Paul Williams / Flickr. CC 2.0-lisenssi.

Luonnoneläimen väritys on evoluution muovaama kokonaisuus, joka kertoo kantajansa ekologisesta lokerosta ja jopa pariutumistavoista. Värillä on toinenkin tarina, fysiologinen. Tämä juttusarja kysyy, kuinka itse värit syntyvät. Miksi iguaanit ovat vihreitä, mutta oravat eivät? Miten kameleontti vaihtaa väriä mielialan mukaan, ja mitä ihmettä on fluoresenssi?

Edellisissä osissa kävimme läpi lintujen höyhenten sateenkaaren sekä nisäkkäiden hiirenharmaan maailman. Tällä kertaa mennään vielä oudompiin otuksiin – matelijoihin, sammakkoeläimiin ja kaloihin, jotka pystyvät hallitsemaan ihonsa väriä mielensä voimalla.

”Alemmat” selkärankaiset, kuten ennen vähätellen tavattiin sanoa, ovat väriensä puolesta monimutkaisempia ja kehittyneempiä kuin nisäkkäät tai edes linnut.

Se ei ole silkkaa sattumaa. Vaikuttaa siltä, että kehittäessään tahoillaan höyhen- ja karvapeitteen, lintujen ja nisäkkäiden kantamuodot menettivät esi-isiensä kyvyn muodostaa hienostuneita värejä ihossaan ja vaihtaa väriä. Mitäpä turhaan, kun ne kuitenkin jäävät turkin alle? Höyhenet ja karvat ovat kuollutta kudosta: jos ne ylipäätään vaihtavat väriä, se tapahtuu vain kerran, kun auringonvalo hajottaa pigmenttejä.

Mielenkiintoista kyllä, tämä värien monimuotoisuus puuttuu myös krokotiilieläimiltä. Se on yksi syy epäillä, että ne itse asiassa polveutuvat untuvapeitteisistä eläimistä.

Liskoilla ja käärmeillä, sammakkoeläimillä ja (viuhkaeväisillä) kaloilla sen sijaan esiintyy edelleen selkärankaisten ihon koko sateenkaarenkirjo ja säätövara. Ja melkoisia eläviä sateenkaariahan niiden joukossa onkin.

Näiden eläinten ihossa on yleisesti kolmenlaisia pigmenttisoluja. Niistä ensimmäinen on tuttu nisäkkäiltä ja linnuilta: melanofori. Melanoforit ovat täynnä pieniä, jyvänmuotoisia soluelimiä, melanosomeja, jotka puolestaan ovat täynnä melaniinipigmenttejä – mustia eumelaniineja ja ainakin kilpikonnien tapauksessa myös ruskeita feomelaniineja.

matelijan iho melanofori pieni nimi
Näin toimii väriä vaihtava melanofori matelijan tai kalan ihossa. Vasemmalla pigmenttijyväset ovat levinneet koko solun alueelle, ja eläin näyttää tummalta. Oikealla jyväset ovat tiiviissä nipussa solun keskellä, ja eläin on kalvennut.

Nisäkkäiden ja lintujen melanoforit ovat suunnilleen tähdenmuotoisia ja syöttävät suurimman osan tuottamastaan pigmentistä karvoihin, höyheniin tai ympäröiviin ihosoluihin. Sen sijaan herpeillä ja kaloilla ne ovat valtavia, monihaaraisia soluja, joiden ulokkeet ulottuvat aivan ihon pinnan tuntumaan. Ja ne pitävät tuotoksensa itse. Ihmeellistä kyllä, melanosomit eli pigmenttijyväset liikkuvat solun sisällä, ja siten eläin vaihtaa väriä. Kun kaikki jyväset ovat yhdessä nipussa solun keskellä, melanofori näyttää melkein värittömältä ja eläin on vaalea: kun pigmenttijyväset leviävät koko soluun, se näyttää tummalta.

Melanoforien päällä, lonkeromaisten ulokkeiden lomassa sijaitsevat muut pigmenttisolut. Iridoforeissa on läpikuultavia guaniinikiteitä (joita muuten syntyy virtsahapon hajoamistuotteena – jätteestä jalokiveksi). Jos ne lojuvat solussa sikin sokin, ne heijastavat valon kaikkia aallonpituuksia ja tuottavat valkoisen värin (silloin niitä joskus nimitetään myös leukoforeiksi). Jos ne taas ovat tarkkaan järjestäytyneet heijastamaan vain lyhyitä aallonpituuksia, tuloksena on sinistä.

Kolmatta tyyppiä edustavat keltaiset xantoforit ja punaiset erytroforit. Niitä nimitetään joskus yhdessä myös lipoforeiksi, koska ne oikeastaan sisältävät värillisiä öljypisaroita. Värejä tuottavat öljyyn liuenneet karotenoidit, samat yhdisteet jotka ovat vastuussa lintujen keltaisista ja punaisista väreistä, ja joita eläimet saavat ravinnostaan. Toinen lipoforien keltaisia ja punaisia tuottava pigmenttiryhmä on pteriinit, joita eläimet voivat tuottaa itse – ne samat, joista syntyvät pingviinien keltaiset kuviot ja monien lintujen silmien värit. Pteriinejä on lukuisia erilaisia, eikä suurta osaa vielä edes tunneta: päivägekoilla (Phelsuma) vuonna 2013 tehty tutkimus yksin löysi niiden ihosta kolme tieteelle tuntematonta pteriiniä.

matelijan iho läpileikkaus rajattu
Läpileikkaus matelijan ihosta. Pigmenttisolut sijaitsevat keratinisoituneen suomukerroksen alla. Melanoforit ovat alimmaisena, joten niiden tumma väri voi jäädä kokonaan piiloonkin.

Silakan hopeanhohtoinen kylki ja monien liskojen sininen syntyy iridoforien heijastamana. Jos valo suodattuu keltaisen xantoforin läpi matkallaan takaisin ulkoilmaan, eläin on vastaavasti kultainen tai vihreä. Valkoiset iridoforit yhdessä punaisten erytroforien kanssa tuottavat kirkkaanpunaista. Tummien pigmenttijyvästen levinneisyys melanoforien sisällä määrää puolestaan yleisen tummuusasteen.

ihot_pallokala_sammakko_veripyton_kameleontti
Kalojen, matelijoiden ja sammakkoeläinten ihon kuviot ovat usein ällistyttävän yksityiskohtaisia, ja vaativat eri pigmenttisolutyyppien täsmällistä sijoittelua. Ne ovatkin mielenkiintoinen kehitysbiologisen tutkimuksen kohde: mikä kumma saa solut asettumaan juuri oikeille paikoilleen? Kuvissa ylävasemmalta alkaen kultapallokala (Chiswick Chap/Wikimedia Commons, CC3.0), veripyton (Tambako the Jaguar/Flickr, CC2.0), leopardisammakko (heidi bakk-hansen/Flickr, CC2.0) ja pantterikameleontti (publicdomainpictures.net).

Melanoforit, iridoforit ja lipoforit eivät kuitenkaan riitä selittämään kaikkea. Matelijoiden, sammakkoeläinten ja kalojen perusfysiologiassa on vielä paljon tutkimatonta, ja se pätee myös väreihin. Esimerkiksi psykedeelisen värisellä mandariinikalalla (Synchiropus splendidus) on peräti kaksi pigmenttisolutyyppiä, jotka eivät kuulu vakiovarustukseen. Toinen on kaksivärinen irido-erytrofori, joka nimensä mukaisesti tuottaa samalla kertaa sinisen rakenteellisen ja punaisen pigmenttivärin – siis violettia. Toinen on todellinen harvinaisuus, sininen pigmentti. Japanilaistutkijat löysivät sitä mandariinikalan ihon syanoforeista vuonna 1995, mutta pigmentin tarkempi koostumus jäi mysteeriksi. Vuonna 2007 julkaistu katsausartikkeli raportoi edelleen, että mandariinikalan sinistä ei ole koskaan tutkittu tarkemmin.

Synchiropus_splendidus_3
Mandariinikalan väristä voi sanoa kaikenlaista, mutta sen suurin ihme on aito sininen pigmentti. Normaalisti sininen syntyy rakenteellisena värinä, kalojen tapauksessa läpinäkyvien guaniinikiteiden pinoista. Kuva: Andreas März/Flickr. CC 2.0-lisenssi.

Monilla matelijoilla, sammakkoeläimillä ja kaloilla väri muuttuu iän ja vuodenkierron mukaan vähitellen. Tyypillistä on, että eläimet ovat nuorina himmeän maastovärisiä, ja saavat lisääntymiselämään liittyvät koristuksensa aikuistuessaan.

Väreillä voidaan välittää varsin hienovaraisiakin viestejä. Esimerkiksi Eyre-suolajärven ympäristössä Australiassa elävällä Ctenophorus maculosus -agamalajilla (joka näyttää jotakuinkin parta-agamalta) naaras kehittää valkoiseen kurkkuunsa ja vatsaansa suuret oranssit laikut, kun se on hedelmällinen. Koiraat ahdistelevat tällaista naarasta ja saattavat kiihkoissaan jopa vahingossa tappaa sen, mutta se ei ole koko tarina. Naaras nimittäin torjuu koiraiden lähentelyä nostamalla päänsä pystyyn uhkailueleeseen, eli esittelemällä sitä samaa oranssia laikkua lähemmin. Jos mikään muu ei auta, naaras kellahtaa selälleen, jolloin laikut näkyvät kokonaan. Asennossa on myös mahdotonta paritella, joten viesti menee perille paksupäisemmällekin koiraalle. Kun naaras sitten on paritellut ja kantaa munia, laikut suurenevat entisestään ja torjuntaviestistä tulee vielä selkeämpi.

matelijan iho läpileikkaus pieni
Fysiologinen värinvaihto liskolla. Vasemmalla melanosomit ovat kerääntyneet tiukasti yhteen kimppuun. Iridoforit heijastavat valkoista valoa, joka suodattuu punaisten ja keltaisten lipoforien läpi. Lisko näyttää siis oranssilta. Keskellä melanosomit ovat levinneet ja tummentavat värin tiilenpunaiseksi. Oikealla melanosomit ovat äärimmillään ja lisko on tumman suklaanruskea.

Hitaiden muutosten ohella monet lajit pystyvät värinvaihtoon minuuteissa tai sekunneissa. Kykyä nimitetään fysiologiseksi värinvaihdoksi. Se ei ole ainoastaan kameleonttien erikoiskyky, vaan väriä vaihtavat muutkin liskot, eräät käärmeet ja monet kalat. Akvaarioharrastajille ovat tuttuja vaikkapa tetrojen ja seeprakalojen kalpeneminen stressaantuneena tai vaalealla taustala ja säikähtäneeseen partamonniin ilmaantuvat vaaleat laikut. Vuonna 2005 Borneolta löydetty kapuasinliejukäärme (Enhydris gyii) hämmästytti tutkijat muuttumalla ämpärissä lähes vitivalkoiseksi muutamassa minuutissa. Löydettäessä käärme oli nimittäin metallinhohtoisen tummanruskea.

Zfishchroma
Seeprakala (Danio rerio) vaihtaa väriä ympäristön mukaan. Yläkuvan kala on viettänyt vuorokauden tummalla taustalla, alakuvan kala vaalealla. Melanosomien kerääntyminen pieniksi pisteiksi erottuu näillä pikkukaloilla hyvinkin selvästi. Kuva: Rockpocket/Wikipedia. Public Domain.

Monilla kaloilla värin katoamisen eli melanosomien kasautumisen yhteen aiheuttaa sympaattinen hermosto – se sama, joka säätelee ihmisten elimistön toimintaa stressitilanteissa. Sen sijaan värien palautumista ei määrää hermosto, vaan kilpirauhasen tuottama hormoni. Se tarkoittaa, että kala kalpenee tarvittaessa nopeasti, mutta värien palautuminen tapahtuu vähitellen.

Matelijoilla värimuutokseen tuntuu vaikuttavan tavallisesti vain hormonitoiminta. Niillä pigmentin supistaa adrenaliinirauhasen tuottama hormoni, ja palauttaa sama kilpirauhashormoni kuin kaloilla. Matelijoilla värinvaihdon vauhti onkin kaloihin verrattuna yleensä (muttei aina) aika maltillinen.

Suomumatelijoilla mustia pigmenttejä sisältävät melanoforit sijaitsevat usein paksuna, melkein yhtenäisenä kerroksena muiden pigmenttisolujen alla. Se ei kuitenkaan näy, jos päällä on kerros heijastavia iridoforeja. Eläin voi siis näyttää valkoiselta, siniseltä tai vihreältä, vaikka sen ihossa on kerros pikimustaa pigmenttiä. Samaan tapaanhan ihmisen silmänvalkuainen näyttää ulospäin vaalealta, vaikka sen sisäpuolella on paksulti mustaa eumelaniinia.

Tämä tekee fossiilisten suomumatelijoiden värien tutkimisesta aika konstikasta. Höyhenekkäiden dinosaurusten melaniinipohjaisia värejä on viime vuosina tutkittu varsin hyvällä menestyksellä, kuten aiemmin kirjoitin. Vuonna 2014 julkaistu tutkimus soveltaa samaa menetelmää merimatelijoihin ja ehdottaa, että ainakin osa jurakauden kalaliskoista oli kokotummia kaskelotin tapaan. Esimerkiksi Uppsalassa säilytetyllä Stenopterygius-fossiililla on koko ruumiin ympärillä säilynyt musta halo. Toisessa, tarkemmin tutkitussa kalaliskofossiilissa tällainen halo tosiaankin koostui mustaa eumelaniinia sisältäneistä pigmenttijyväsistä.

Matelijoillakin yleensä eumelaniinia on vähemmän vaalealla vatsapuolella, mutta mikään varma sääntö se ei ole: kalaliskon väri jäänee edelleen valistuneen arvauksen asteelle.

5950321085_42abf91b68_b
Pantterikameleontti, jonka voi väristä päätellä olevan rauhallisella mielellä. Kuva: Tambako the Jaguar/Flickr. CC 2.0-lisenssi.

Ja sitten vielä ne kameleontit. Kameleonteilla tummuutta säätelevät melanoforit ovat säädettäviä tavalliseen tapaan. Monilla lajeilla onkin tummanpuhuva yöväri, joka naamioi oksalla nukkuvan kameleontin tehokkaasti.

Poikkeuksellista on, että kameleonteilla on tuplakerros iridoforeja, ja nekin ovat säädettäviä, osoitti pantterikameleontilla tehty tutkimus. Eläin pystyy muuttamaan iridoforien sisältämien guaniinikiteiden välistä etäisyyttä jännittämällä ja rentouttamalla ihoaan – siis lähes silmänräpäyksessä.

Rentoutuneella kameleontilla kiteet ovat lähellä toisiaan ja heijastavat lyhyitä aallonpituuksia, eli sinistä valoa. Yhdessä keltaisten xantoforien kanssa se tekee monista kameleonteista pääväriltään vihreitä.

Jännittyneen pantterikameleontin guaniinikiteiden etäisyys kasvaa ja ne alkavat heijastaa pidempiä aallonpituuksia. Silloin vihreä iho muuttuu hetkessä keltaiseksi, oranssiksi tai punaiseksi. Siniset osat kameleonttia muuttuvat valkoisiksi ja ne, jotka olivat jo valmiiksi punaisia, kirkastuvat vielä pykälän räikeämmiksi.

Brookesia_micra_on_a_match_head
Tulitikunpään mittaisena ei parane olla liian värikäs. Brookesia micra -kameleontti on yksi maailman pienimmistä matelijoista. Kuva: Glaw ym. 2012/PLoS ONE. CC 2.5-lisenssi.

Vastoin yleistä uskomusta kameleonttien poikkeuksellisilla värinvaihtokyvyillä ei siis ole juurikaan tekemistä naamioitumisen kanssa. Niiden tarkoitus on viestittää tunteita: esimerkiksi kilpailijan näkevä pantterikameleonttikoiras muuttuu kirjaimellisesti raivosta punaiseksi. Lajien välillä on kuitenkin suuria eroja siinä, kuinka räikeä ja muuttuvainen väritys on. Esimerkiksi pikkuruiset Brookesia-kameleontit ovat huomaamattoman ruskeita. Sormenkynnen kokoiselle eläimelle räikeät värit olisivatkin itsemurhahakuinen asu.

Eikä siinä vielä kaikki! Uuden tutkimuksen mukaan kameleontit lisäksi fluoresoivat sinistä valoa. Palataan kuitenkin fluoresenssin pariin tämän sarjan seuraavassa osassa, omaa valoaan hohtavissa eläimissä.


Sarjan muut osat:

Osa 1: harmaita hiirulaisia (nisäkkäät).

Osa 2: höyhenten lumoissa (linnut).

Osa 3: kuparilinnut ja muita kummajaisia (linnut)

Osa 4: kosmeettisia parannuksia (linnut)

Lähteitä ja lisätietoa:

Liem ym. (2001) Functional Anatomy of the Vertebrates: an Evolutionary Perspective. Brooks/Cole Thomson Learning.

Saenko ym. 2013: Precise colocalization of interacting structural and pigmentary elements generates extensive color pattern variation in Phelsuma lizards. BMC Biology.

Lindgren ym. 2014: Skin pigmentation provides evidence of convergent
melanism in extinct marine reptiles. Nature.

New Scientist 26.6.2006: ’Chameleon’ snake can turn white in minutes.

Goda & Fujii 1995: Blue cromatophores in two species of callionymid fish. Zoological Science.

Goda ym. 2013: Novel Dichromatic Chromatophores in the Integument of the Mandarin Fish Synchiropus splendidus. Biological Bulletin.

Bagnara ym. 2007: On the blue coloration of vertebrates. Pigment Cell. (vapaasti luettavissa)

Scientific American / Running Ponies 3.6.2013: Lizards and the language of color change.

Teyssier ym. 2015: Photonic crystals cause active colour change in chameleons. Nature Communications. (vapaasti luettavissa)

Wikipedia: Chromatophore, Ctenophorus maculosus.

Mainokset

4 vastausta artikkeliin “Eläinten värit, osa 5: ajatuksen voimalla”

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s