给羽毛上色:类胡萝卜素和结构元素结合在一起,产生了雄性彩绘山雀的羽毛颜色

Nicholas M. Justyn, R. Weaver
{"title":"给羽毛上色:类胡萝卜素和结构元素结合在一起,产生了雄性彩绘山雀的羽毛颜色","authors":"Nicholas M. Justyn, R. Weaver","doi":"10.1093/ornithology/ukac052","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"ABSTRACT Male Painted Buntings (Passerina ciris) display at least 6 distinct plumage colors that encapsulate much of the visible light spectrum, yet the specific mechanisms responsible for generating this diversity of color have not been identified. Here, we show that metabolically derived carotenoids and nanostructures capable of producing structural color were ubiquitous across feather patches. We used digital photography, light microscopy, spectrophotometry, carotenoid extraction, and high-performance liquid chromatography to show that the resulting color of each feather patch depended on the concentration of carotenoids, melanins, and underlying feather nanostructures. For example, we found that the blue-violet head feathers contained low concentrations of ketolated carotenoids, which is not typical of blue-violet structurally colored feathers. Additionally, the red breast and orange belly feathers contained a green-tuned structural color visible after carotenoid extraction, which is not typical of feathers that contain ketolated carotenoids. Although, none of these abnormal combinations of carotenoids and structural coloration appeared to significantly impact feather color. Conversely, we found the purple rump, dark green greater coverts, and bright yellow-green mantle feather coloration resulted from the combination of high concentrations of carotenoids and the presence of structural color. For the first time, we identify the combination of red ketolated carotenoids and blue structural color as a mechanism to produce purple feather coloration. Identifying the specific mechanisms that give rise to the diversity of colors within this species will facilitate the study of the—to date—unknown signaling functions of colors produced through the combination of carotenoids and nanostructures in Painted Buntings and other songbirds. LAY SUMMARY Some of the most spectacular feather colors result from 2 distinct processes: light interacting with specific pigments or from the reflection of light by microscopic feather components. Red Northern Cardinal feathers are colored by only red pigments called carotenoids, whereas only feather nanostructures create the blue color of Blue Jay feathers. We demonstrate that all the different colored feather patches on male Painted Bunting contain both carotenoid pigments and structures capable of producing color. For the first time, we also detail how red carotenoid pigments and blue structural color are combined to create a purple-colored rump feather in the male Painted Bunting. These findings will inform future studies on the physiology, ecology, and evolution of bird coloration and provide insight into which genes underly color variation among individuals and species. RESUMEN Los machos de Passerina ciris muestran al menos seis colores de plumaje distintos que encapsulan gran parte del espectro de luz visible, pero no se han identificado los mecanismos específicos responsables de generar esta diversidad de colores. Aquí, mostramos que los carotenoides derivados metabólicamente y las nano-estructuras capaces de producir color estructural fueron ubicuos en los parches de plumas. Utilizamos fotografía digital, microscopía óptica, espectrofotometría, extracción de carotenoides y cromatografía líquida de alta resolución para demostrar que el color resultante de cada parche de plumas dependía de la concentración de carotenoides, melaninas y nano-estructuras de plumas subyacentes. Por ejemplo, encontramos que las plumas de la cabeza de color azul violeta contenían bajas concentraciones de carotenoides cetolados, lo que no es típico de las plumas de color estructural azul violeta. Adicionalmente, las plumas rojas del pecho y naranja del vientre contenían un color estructural afinado verde visible después de la extracción de carotenoides, que no es típico de las plumas que contienen carotenoides cetolados. Sin embargo, ninguna de estas combinaciones anormales de carotenoides y de coloración estructural pareció afectar significativamente el color de las plumas. Por el contrario, encontramos que la rabadilla morada, las coberteras mayores de color verde oscuro y la coloración de las plumas del manto de color amarillo verdoso brillante resultaron de la combinación de altas concentraciones de carotenoides y la presencia de color estructural. Por primera vez, identificamos la combinación de carotenoides cetolados rojos y color estructural azul como un mecanismo para producir la coloración púrpura de las plumas. Identificar los mecanismos específicos que dan lugar a la diversidad de colores dentro de esta especie facilitará el estudio de las funciones de señalización desconocidas hasta la fecha de los colores producidos a través de la combinación de carotenoides y nano-estructuras en P. ciris y otras aves canoras.","PeriodicalId":19617,"journal":{"name":"Ornithology","volume":"18 1","pages":"1 - 8"},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2022-10-25","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"1","resultStr":"{\"title\":\"Painting the Bunting: Carotenoids and structural elements combine to produce the feather coloration of the male Painted Bunting\",\"authors\":\"Nicholas M. Justyn, R. 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LAY SUMMARY Some of the most spectacular feather colors result from 2 distinct processes: light interacting with specific pigments or from the reflection of light by microscopic feather components. Red Northern Cardinal feathers are colored by only red pigments called carotenoids, whereas only feather nanostructures create the blue color of Blue Jay feathers. We demonstrate that all the different colored feather patches on male Painted Bunting contain both carotenoid pigments and structures capable of producing color. For the first time, we also detail how red carotenoid pigments and blue structural color are combined to create a purple-colored rump feather in the male Painted Bunting. These findings will inform future studies on the physiology, ecology, and evolution of bird coloration and provide insight into which genes underly color variation among individuals and species. RESUMEN Los machos de Passerina ciris muestran al menos seis colores de plumaje distintos que encapsulan gran parte del espectro de luz visible, pero no se han identificado los mecanismos específicos responsables de generar esta diversidad de colores. Aquí, mostramos que los carotenoides derivados metabólicamente y las nano-estructuras capaces de producir color estructural fueron ubicuos en los parches de plumas. Utilizamos fotografía digital, microscopía óptica, espectrofotometría, extracción de carotenoides y cromatografía líquida de alta resolución para demostrar que el color resultante de cada parche de plumas dependía de la concentración de carotenoides, melaninas y nano-estructuras de plumas subyacentes. Por ejemplo, encontramos que las plumas de la cabeza de color azul violeta contenían bajas concentraciones de carotenoides cetolados, lo que no es típico de las plumas de color estructural azul violeta. 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摘要

雄性彩绘山雀(Passerina ciris)至少有6种不同的羽毛颜色,这些颜色包含了大部分可见光谱,但产生这种颜色多样性的具体机制尚未确定。在这里,我们发现代谢衍生的类胡萝卜素和能够产生结构颜色的纳米结构在羽毛斑块中无处不在。我们使用数码摄影、光学显微镜、分光光度法、类胡萝卜素提取和高效液相色谱法来显示每个羽毛斑块的最终颜色取决于类胡萝卜素、黑色素和底层羽毛纳米结构的浓度。例如,我们发现蓝紫色的头部羽毛含有低浓度的酮化类胡萝卜素,这在蓝紫色的羽毛结构中并不常见。此外,红色的胸部和橙色的腹部羽毛在类胡萝卜素提取后含有一种绿色的结构颜色,这与含有酮化类胡萝卜素的羽毛不同。然而,这些类胡萝卜素和结构着色的异常组合似乎都没有显著影响羽毛的颜色。相反,我们发现紫色的臀部,深绿色的更大的覆盖层和明亮的黄绿色的地幔羽毛颜色是由高浓度的类胡萝卜素和结构色的存在共同造成的。我们首次确定了红色酮化类胡萝卜素和蓝色结构色的结合是产生紫色羽毛颜色的机制。确定该物种中产生颜色多样性的具体机制将有助于研究迄今为止未知的通过类胡萝卜素和纳米结构结合在彩鹀和其他鸣禽中产生的颜色的信号功能。一些最壮观的羽毛颜色是由两个不同的过程产生的:光与特定的色素相互作用,或者是由微观羽毛成分反射的光。红色的北方红衣主教的羽毛只由一种叫做类胡萝卜素的红色色素着色,而蓝松鸦的羽毛只有羽毛纳米结构才能产生蓝色。我们证明了所有不同颜色的雄性彩羽斑块都含有类胡萝卜素色素和能够产生颜色的结构。我们还首次详细介绍了红色类胡萝卜素色素和蓝色结构色如何结合在一起,在雄性彩绘狩猎中创造出紫色的臀部羽毛。这些发现将为未来鸟类颜色的生理学、生态学和进化研究提供信息,并为了解个体和物种之间颜色变化的基因提供见解。RESUMEN Los machhos de Passerina ciris muestran menos seis coles de plumaje specitos que encapsulan grante del espectro de luz visible, perno see and identificado Los mechanismos específicos负责de general esta diversidad de colors。Aquí,最常见的类胡萝卜素衍生物metabólicamente,通过纳米结构的能力,生产彩色结构的紫外光,如紫外光和紫外光。利用fotografía digital, microscopía óptica, espectrofotometría, extracción de carotenides by cromatografía líquida de alta resolución para demostrar que el color resultante de cada parche de plumas dependía de la concentración de carotenides, melaninas by nanostructuras de plumas subyacentes。比如,encontramos拉普卢默斯德自己颜色azul violeta contenian出去concentraciones de类胡萝卜素cetolados,瞧,没有es tipico de las estructural azul violeta普卢默斯德颜色。此外,las plumas rojas del pecho和naranja del vientre contenían和颜色结构afinado verdo可见despusulas de la extracción de类胡萝卜素,que no es típico de las plumas que大陆类胡萝卜素鲸豚。罪禁运,ninguna de是combinaciones反常的de类胡萝卜素y de coloracion estructural parecio afectar significativamente el彩色de las普卢默斯。相反,encontramos乘缆车rabadilla morada,拉斯维加斯coberteras超过颜色佛得角oscuro y manto1951 de la coloracion de las普卢默斯德尔颜色阿马里洛verdoso灿烂的resultaron de la combinacion德阿特拉斯concentraciones y de类胡萝卜素拉presencia estructural de颜色。通过颜色结构的蓝色结构鉴定了黄鳍鲸类胡萝卜素(combinación de carotenoides cetolados rojos),并通过机理鉴定了黄鳍鲸类胡萝卜素(coloración púrpura de las plumas)。相同的损失机制específicos que dan lugar和la diversidad de colordendenes,特别是设施 el estudio de las funciones, señalización desconocidas hasta la fecha de colores,产品和transas la combinación de类胡萝卜素的纳米结构,在P. ciris和otrasaves canoras。
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Painting the Bunting: Carotenoids and structural elements combine to produce the feather coloration of the male Painted Bunting
ABSTRACT Male Painted Buntings (Passerina ciris) display at least 6 distinct plumage colors that encapsulate much of the visible light spectrum, yet the specific mechanisms responsible for generating this diversity of color have not been identified. Here, we show that metabolically derived carotenoids and nanostructures capable of producing structural color were ubiquitous across feather patches. We used digital photography, light microscopy, spectrophotometry, carotenoid extraction, and high-performance liquid chromatography to show that the resulting color of each feather patch depended on the concentration of carotenoids, melanins, and underlying feather nanostructures. For example, we found that the blue-violet head feathers contained low concentrations of ketolated carotenoids, which is not typical of blue-violet structurally colored feathers. Additionally, the red breast and orange belly feathers contained a green-tuned structural color visible after carotenoid extraction, which is not typical of feathers that contain ketolated carotenoids. Although, none of these abnormal combinations of carotenoids and structural coloration appeared to significantly impact feather color. Conversely, we found the purple rump, dark green greater coverts, and bright yellow-green mantle feather coloration resulted from the combination of high concentrations of carotenoids and the presence of structural color. For the first time, we identify the combination of red ketolated carotenoids and blue structural color as a mechanism to produce purple feather coloration. Identifying the specific mechanisms that give rise to the diversity of colors within this species will facilitate the study of the—to date—unknown signaling functions of colors produced through the combination of carotenoids and nanostructures in Painted Buntings and other songbirds. LAY SUMMARY Some of the most spectacular feather colors result from 2 distinct processes: light interacting with specific pigments or from the reflection of light by microscopic feather components. Red Northern Cardinal feathers are colored by only red pigments called carotenoids, whereas only feather nanostructures create the blue color of Blue Jay feathers. We demonstrate that all the different colored feather patches on male Painted Bunting contain both carotenoid pigments and structures capable of producing color. For the first time, we also detail how red carotenoid pigments and blue structural color are combined to create a purple-colored rump feather in the male Painted Bunting. These findings will inform future studies on the physiology, ecology, and evolution of bird coloration and provide insight into which genes underly color variation among individuals and species. RESUMEN Los machos de Passerina ciris muestran al menos seis colores de plumaje distintos que encapsulan gran parte del espectro de luz visible, pero no se han identificado los mecanismos específicos responsables de generar esta diversidad de colores. Aquí, mostramos que los carotenoides derivados metabólicamente y las nano-estructuras capaces de producir color estructural fueron ubicuos en los parches de plumas. Utilizamos fotografía digital, microscopía óptica, espectrofotometría, extracción de carotenoides y cromatografía líquida de alta resolución para demostrar que el color resultante de cada parche de plumas dependía de la concentración de carotenoides, melaninas y nano-estructuras de plumas subyacentes. Por ejemplo, encontramos que las plumas de la cabeza de color azul violeta contenían bajas concentraciones de carotenoides cetolados, lo que no es típico de las plumas de color estructural azul violeta. Adicionalmente, las plumas rojas del pecho y naranja del vientre contenían un color estructural afinado verde visible después de la extracción de carotenoides, que no es típico de las plumas que contienen carotenoides cetolados. Sin embargo, ninguna de estas combinaciones anormales de carotenoides y de coloración estructural pareció afectar significativamente el color de las plumas. Por el contrario, encontramos que la rabadilla morada, las coberteras mayores de color verde oscuro y la coloración de las plumas del manto de color amarillo verdoso brillante resultaron de la combinación de altas concentraciones de carotenoides y la presencia de color estructural. Por primera vez, identificamos la combinación de carotenoides cetolados rojos y color estructural azul como un mecanismo para producir la coloración púrpura de las plumas. Identificar los mecanismos específicos que dan lugar a la diversidad de colores dentro de esta especie facilitará el estudio de las funciones de señalización desconocidas hasta la fecha de los colores producidos a través de la combinación de carotenoides y nano-estructuras en P. ciris y otras aves canoras.
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