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ORIGINAL SHELL COLOURATION IN LATE PLEISTOCENE TEREBRATULID BRACHIOPODS FROM NEW ZEALAND

Gordon B. Curry

Plain Language Abstract

Colouration rarely survives in fossils, as fossilisation processes usually destroy any colouration present in the organism during life. In exceptional circumstances, however, colour patterns are preserved on the surface of fossil shells as brown or black markings. The survival of fossils with their original colouration preserved, as described in this paper, is even more unusual. In this case over 78% of the shells of the brachiopod Calloria inconspicua from an 80,000 year-old Pleistocene locality in New Zealand show traces of their original red shell colouration. These fossils lived on boulders in a very shallow marine habitat. The species is still living in New Zealand, and an investigation of a modern population from an intertidal habitat indicates that such a high proportion of colour survival is unusual. Only 57% of 281 recently deceased individuals collected from the sediment surface beneath this modern population retained any shell colour, and this proportion dropped to 46% of the 321 shells found in the top 50 mm of sediment. Other fossil shells at the Late Pleistocene locality also revealed traces of preserved colouration, indicating that preservational conditions must favour the survival of shell colouration. The colouration of Calloria inconspicua is caused by a caroteno-protein, a bright red molecule formed from a protein attached to one or more brightly colored carotenoids (the molecules responsible for the colour of tomatoes and carrots). The caroteno-protein is embedded within the shell of Calloria inconspicua, and these types of molecules are known to be susceptible to degradation in the presence of light and oxygen. It seems likely, therefore, that the fossil shells were buried very rapidly in such a way as to exclude long-term exposure to oxygen, light, and other degradational agents. Detecting colouration in the remains of ancient organisms has considerable palaeo-biological significance, providing information on how these ancient organisms lived, how they interacted with other organisms, and how they evolved. Colouration of the shell may help warn off predators or camouflage the brachiopod; the same colouration in the free-swimming larvae may offer protection from UV-radiation, which can damage DNA.

Resumen en Español

Coloración original de la concha de braquiópodos terebratúlidos del Pleistoceno superior de Nueva Zelanda

Un ya cimiento del Pleistoceno superior (de hace unos 80.000 años), en la cuenca Wanganui, de Nueva Zelanda, proporcionó numerosos braquiópodos de la especie Calloria inconspicua, mostrando la coloración original de la concha. El 78% de una muestra de 377 conchas fósiles muestra colores rojo-anaranjados que representan la degradación parcial del colorido rojo más intenso que poseerían los individuos vivos. El estudio de una población reciente, de hábitat intermareal, de la especie, en Nueva Zelanda, muestra que sus individuos pierden el color, con rapidez, al morir. Solo el 57% de 281 individuos recogidos del sedimento superficial, por debajo de la población actual, retenía trazas de color en la concha, y esa proporción descendía al 46% de 321 individuos en los 50 mm superiores del sedimento.

Como en la referida localidad del Pleistoceno superior hay otros braquiópodos y moluscos con huellas del colorido original de la concha, las condiciones de conservación debieron favorecer la permanencia de los pigmentos responsables. La coloración de Calloria inconspicua se debe a una proteina-caroteno que se encuentra en la concha, susceptible de alterarse con la luz y el oxígeno. Un enterramiento rápido puede retrasar los procesos de degradación, interpretación consistente con la presencia de los braquiópodos fósiles en una capa de guijarros intermareales. El color de la concha proporciona camuflaje al braquiópodo y el mismo tipo de colorido puede proteger de la radiación a las larvas libres nadadoras.

Palabras clave: Pleistoceno, Coloración de la concha, Braquiópodos, Nueva Zelanda.

Traducción: Prof. Jenaro L. García-Alcalde; Depto. de Geología, c/ Arias de Velasco s/n; Universidad de Oviedo; E-33005 Oviedo

Résumé en Français

Un site tardi-Pleistocène (ca. 80 ka) dans le bassin Wanganui, Nouvelle Zélande, a cédé un grand nombre de coquillages du brachiopode Calloria inconspicua ayant la coloration originelle. Au total, 78% de 377 coquillages portent une couleur orange-rouge partiellement dégradé du rouge trouvé chez les spécimens vivants. Dans une population moderne du même espèce d’un site inter-marée en Nouvelle Zélande, les individues récemment décédés perdent leur coloration très rapidement. Seulement 57% de 281 individus receullis de la surface du sédiment sous cette population vivante retennaient une trace de couleur, et cette proportion diminua a 46% de 321 individus dans les 50 cm supérieures de sédiments. Étant donné que d’autres mollusques et brachiopodes au site tardi-Pleistocène retennaient aussi des traces de couleur, les conditions de préservation doivent favoriser la préservation des pigments responsables des couleurs des coquillages. La couleur de Calloria inconspicua est due a une caroteno-protéine qui est susceptible à la dégradation en présence de l’oxygène et de la lumière. L’enfouissement rapide peut retarder les processus de dégradation, ce qui est consistent avec l’occurrence des coquillages tardi-Pleistocènes dans un lit caillouteux inter-marée. La couleur des coquillages peut servir de camouflage; la même couleur dans les larves nageants peut protéger des radiations.

Mots clés: Pleistocène, couleur de coquillage, brachiopodes, Nouvelle Zélande

Deutsche Zusammenfassung

Ursprüngliche Färbungen der Schale von terebratuliden Brachiopoden des späten Pleistozän von Neuseeland

Eine spät pleistozäne Lokalität (ca. 80 Ka) im Wanganui Becken von Neuseeland, hat eine grosse Anzahl des Brachiopoden Calloria inconspicua mit ursprünglicher Schalenfärbung geliefert. Insgesamt zeigen 78% einer Sammlung von 377 Fossilschalen eine orangerote Färbung, die eine teilweise abgebaute stärker rote Farbe von lebenden Exemplaren darstellt. Untersuchungen an heutigen Populationen neuseeländischer Arten in einem intertidalen Habitat belegen, dass kürzlich gestorbene Individuen all ihre Farbe rasch verlieren. Nur 57% von 281 an der gleichen Stelle, an der Sedimentoberfläche gesammelten Individuen, bewahrten Spuren ihrer Färbung und dieser Anteil fiel auf 46% von 321 Schalen in den oberen 50 mm des Sediments. Da andere Brachiopoden und Mollusken an dieser spät pleistozänen Lokalität ebenfalls Spuren ihrer ursprünglichen Farbe zeigen, müssen die Erhaltungsbedingungen das Überdauern der Pigmente ermöglichen, die für die Schalenfärbung verantwortlich sind. Die Färbung von Calloria inconspicua wird durch ein Caroteno-Protein verursacht, dass in die Schale eingebettet und anfällig für den Abbau unter dem Einfluss von Licht und Sauerstoff ist. Schnelle Einbettung könnte den Prozess des Abbaus verzögern und diese Interpretation ist vereinbar mit dem Vorkommen von fossilen Brachiopoden in einer Geröllschicht aus dem Intertidalbereich. Die Schalenfärbung könnte bei der Tarnung des Brachiopoden helfen; die gleiche Färbung könnte der freischwimmenden Larve Schutz vor Strahlenschäden bieten.

Stichworte: Pleistozän, Schalenfärbung, Brachiopode, Neuseeland

Italiano

LA COLORAZIONE ORIGINARIA DELLA CONCHIGLIA NEI BRACHIOPODI TEREBRATULIDI DEL PLEISTOCENE SUPERIORE DELLA NUOVA ZELANDA 

Un giacimento del Pleistocene superiore nel bacino di Wanganui, in Nuova Zelanda, ha fornito numerosi esemplari del brachiopode Calloria inconspicua che mostrano ancora la colorazione originaria della conchiglia. In totale, il 78% di un insieme di 377 conchiglie fossili mostra un colore rosso-arancione, che rappresenta una parziale degradazione del colore rosso intenso che si riscontra negli esemplari viventi. Lo studio di una popolazione attuale di ambiente intertidale della Nuova Zelanda mostra che i singoli individui perdono rapidamente il loro colore in poco tempo dopo la morte. Solo il 57% di 281 individui, campionati dalla superficie del sedimento, al di sotto della popolazione attuale, ha mantenuto una qualche traccia di colore nel guscio; questa percentuale cala al 46% di 321 individui campionati nei 50 mm superiori del sedimento. Poiche' anche altri brachiopodi e molluschi presenti nel bacino del Pleistocene superiore di Wanganui rivelano tracce della colorazione originale, le condizioni di conservazione devono aver favorito il mantenimento dei pigmenti che ne sono responsabili. La colorazione di Calloria inconspicua e' data da una caroteno-proteina all'interno del guscio, la quale e' soggetta ad alterazione in presenza di luce e di ossigeno. Un rapido seppellimento puo' ritardare i processi di degradazione, ed una tale interpretazione e' in accordo con la presenza di brachiopodi fossili all'interno di un letto ghiaioso intertidale. La colorazione della conchiglia puo' essere utile alla mimetizzazione dell'animale; la stessa colorazione potrebbe offrire protezione dalle radiazioni solari alle larve durante lo stadio nectonico. 

Parole chiave: Pleistocene, Colorazione della conchiglia, Brachiopodi, Nuova Zelanda. 

Traduzione: Alessandro Grippo, Department of Earth Sciences, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089-0740, USA

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