Samenvatting: Er is uitgebreid fossiel bewijsmateriaal voor inktvissen. De driedimensionale vorm ervan, inclusief anatomische details, is zelfs gedeeltelijk bewaard gebleven. De conservering van de donkergekleurde inkt van inktvissen werd reeds vaak beschreven en besproken, maar tot nu toe zonder het analytische bewijs dat ook de chemische structuur van melanine bewaard kan blijven. Onlangs werden analyseresultaten, die juist dit bevestigen, in verbazingwekkende hoeveelheid aangeboden. Hierdoor is het belangrijker geworden, om de onderliggende conserveringsmechanismen van complexe chemische structuren, over langere tijdsperioden, beter te gaan begrijpen.
Melanine is een chemisch complex kleurstofmengsel, dat overal in de levende natuur voor komt: in het dierenrijk, bij de planten, in micro-organismen en ook bij schimmels. Het is gebleken dat melanine diverse functies kan hebben, bijvoorbeeld voor verschillende kleuren, camouflage, bescherming tegen straling, elimineren van gifstoffen of bij het vormen van complexe metaalverbindingen. Bij de mens vormt melanine een belangrijke component van de huid en in het haar. Men onderscheidt bij de mens het bruin-zwarte pigment eumelanine voor donkere huid en het geel-rode feomelanine voor roodachtig haar.
Eumelanine is ook een belangrijke component van de inkt van de gewone zeekat, ook wel sepia of inktvisinkt genoemd. Reeds lang zijn er fossielen van inktvissen bekend, die donkere gebieden vertonen op de plek waar de inktzak zou moeten zitten. Onderzoekers die deze fossielen hebben beschreven, speculeerden er steeds over of in deze gevallen ook echt melanine bewaard zou zijn. Tot nu toe was er slechts indirect bewijs voor en er zijn hierover slechts enkele onderzoeken uitgevoerd en gepubliceerd.
De eerste analytische studie van fossiel melanine is door Beyermann & Hasenmaier (1973) gepubliceerd. Als monsters hebben ze drie fossiele inktzakken gebruikt van Geotheutis bollensis uit de Posidonia-schalie van de Zwarte Jura (Lias). De vergelijkingsmateriaal diende de gedroogde kleurstof van inktvissen uit de inktzakken van de gewone zeekat (Sepia officinalis, afb. 1). De infraroodspectra van bewerkte fossiele en recente inkt tonen weinig karakteristieke details en komen grotendeels overeen. Voor verder onderzoek hebben de auteurs de monsters van de fossielen en recente zeekatsepia meer dan twee uur blootgesteld aan temperaturen van 200-600°C en daarna opnieuw de infraroodspectra met elkaar vergeleken. Beide monsters blijken zeer stabiel, thermische ontledingsverschijnselen treden alleen op boven 400-500°C. Inkt van de recente en de fossiele inktvis gedraagt zich vrijwel gelijk. Beyermann & Hasenmaier trekken hieruit de conclusie, dat de fossiele inkt en die van verse inktvis vrijwel identiek zijn en dat het chemisch stabiele melanine, vanwege de ideale omstandigheden voor conservering, gedurende een periode van ongeveer 180 miljoen jaar onveranderd bewaard gebleven is. Over de hiervoor benodigde processen of de achtergrond van deze onverwacht hoge stabiliteit van de chemische verbindingen, laten de auteurs zich niet uit. Uit fossiele deposito’s in de Jura, in Peterborough in Groot-Brittannië van de Oxford Clay formatie (Midden-Jura, gedateerd 162 miljoen jaar) en de Blue Lias formatie (Onder-Jura, gedateerd 195 miljoen jaar oud) zijn inktvisfossielen bekend met drie dimensionaal bewaard gebleven zwarte inktzakken (Wilby et al 2004; Fig. 2). Al eerder is er vooral bij deze fossielen over de conservering van de inktvisinkt gespeculeerd (Binder 2009), maar tot nu toe werden daarover nog geen analytische studies gepubliceerd.
Het hier gepresenteerde onderzoek is een volgend verbazingwekkend gegeven, dat het mogelijk blijkt om met moderne analysemethoden, steeds meer chemische structuren in fossielen aan te tonen. Verbazingwekkend zijn deze bevindingen ook, omdat vanuit de chemische ervaring het niet te verwachten was, dat de chemische verbindingen gedurende de hierboven genoemde lange tijd stabiel bewaard zouden blijven. Allerlei bekende biologische en fysisch-chemische processen sluiten namelijk een dergelijke conservering uit. De vragen naar de noodzakelijke conserveringsmechanismen mogen in toekomstige onderzoek niet onderbelicht blijven, maar uitdrukkelijk aan de orde worden gesteld.
Chemische en spectroscopische analyse van fossiel en recent melanine uit inktvissen
Om eumelanine in verschillende testen op te sporen zijn de methoden geoptimaliseerd, waarbij door oxidatieve afbraak met waterstofperoxide (H2O2) onder alkalische omstandigheden pyrroolderivaten ontstaan (aromatische 5-ringsystemen met een N-atoom). Uit ervaring tot nu toe blijk dat deze pyrroolverbindingen karakteristiek zijn voor eumelanine. Uit feomelanin vormen zich kenmerkende zwavelverbindingen (thiazolen, aromatische 5- ringsystemen met één N- en S-atoom). Onderzoek van de fossiele inktzak leverde uitsluitend de verwachte pyrroolderivaten en geen thiazoolverbindingen op. Dezelfde resultaten gaven ook overeenkomstige analyses van de moderne inkt van S. officialis, die uitsluitend bestaat uit eumelanine. De individuele pyrroolverbindingen en hun ratio’s werden door hoge resolutie massaspectrometrie aangetoond en bepaald.
De radicalen – chemische moleculen met ongepaarde elektronen – in eumelanine kunnen worden onderzocht door middel van ESR (EPR) spectrometrie (electron spin resonantie).De ESR-signalen van de fossiele inkt tonen de typische kenmerken van eumelanine. Bovendien gebruikten Glass et al. pyrolyse GC-MS voor de analyse van de monsters, dit is een methode waarbij thermische ontleding gekoppeld is aan gaschromatografie en massaspectrometrie. Deze onderzoeken bevestigden de brede overeenkomst van de fossiele en moderne inkten en er werd geen bewijs gevonden voor feomelanine.
Het onderzoek van de monsters met andere spectroscopische methoden. zoals FTIR (infrarood spectroscopie) en XPS (Röntgen foto-elektron spectrometrie) geven inzicht in de chemische details van de aanwezige verbindingen en wijzen op specifieke functionele groepen en soorten verbindingen tussen atomen.
Literatuur
Beyermann, K.,Hasenmaier, D., (1973) Identifizierung 180 Millionen Jahre alten, wahrscheinlich unverändert erhaltenen Melanins, Z. Anal. Chem. 266, 202-205.
Binder, H., (2009) Schreibbare Tintenfischtinte aus dem Jura. Studium Integrale Journal 16, p.123.
Glass, K., Ito, S., Wilby, P.R., Sota, T., Nakamura, A., Bowers, C.R., Vinther, J., Dutta, S., Summons, R., Briggs, D.E.G., Wakamatsu, K., Simon, J.D., (2012) Direct chemical evidence for eumelanin pigment from the Jurassic period, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. doi: 10.1073/pnas.1118448109.
Wilby, P.R., Hudson, J.D., Clements, R.G., Hollingworth, N.T.J. (2004) Taphonomy and origin of an accumulate of soft-bodied cephalopods in the Oxford Clay Formation (Jurassic, England), Palaeontology 47, 1159-1180.
Dit artikel is met toestemming overgenomen van Wort-und-Wissen. De volledige bronvermelding luidt: Binder, H., 2012, Melanin in fossilen Tintenfischen, Studium Integrale Journal 19 (2): 94-96.
