Un equipo internacional de investigadores ha realizado un análisis molecular de las plumas fósiles de un pequeño dinosaurio emplumado del Jurásico. Su investigación podría ayudar a los científicos a determinar cuándo las plumas desarrollaron la capacidad de volar durante la transición entre los dinosaurios y las aves.
Anchiornis era un pequeño dinosaurio emplumado de cuatro alas que vivió en lo que hoy es China hace unos 160 millones de años, casi 10 millones de años antes que el Archaeopteryx, la primera ave reconocida. Un equipo de investigadores del Instituto de Geología y Paleontología de Nanjing, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y de la Universidad de Carolina del Sur analizó las plumas del Anchiornis para ver en qué se diferenciaban a nivel molecular de las de las aves fósiles más jóvenes y de las modernas.
«Las plumas de las aves modernas están compuestas principalmente de beta-queratina (β-queratina), una proteína que también se encuentra en la piel, las garras y los picos de reptiles y aves. Las plumas se diferencian de estos otros tejidos que contienen β-queratina, porque la proteína de las plumas está modificada de una manera que las hace más flexibles», dice Mary Schweitzer, profesora de ciencias biológicas en NC State con un nombramiento conjunto en el Museo de Ciencias Naturales de Carolina del Norte y coautora de un documento que describe la investigación.
«En algún momento de la evolución de las plumas, uno de los genes de la β-queratina sufrió una deleción que hizo que la proteína resultante fuera ligeramente más pequeña. Esta supresión cambió la biofísica de la pluma a algo más flexible, un requisito para el vuelo. Si podemos precisar cuándo y en qué organismos se produjo esa supresión, tendremos una mejor comprensión de cuándo evolucionó el vuelo durante la transición de los dinosaurios a las aves»
Los investigadores, dirigidos por Yanhong Pan, investigador visitante del Instituto de Nanjing, examinaron plumas fósiles de Anchiornis, utilizando microscopía electrónica de alta resolución, así como múltiples técnicas químicas e inmunológicas para determinar la composición molecular de las plumas. Hicieron lo mismo con otras plumas de las eras mesozoica y cenozoica, así como con otros tejidos de β-queratina que no se esperaba que mostraran esta deleción, y luego compararon los resultados con plumas y tejidos de aves modernas.
Encontraron que las plumas de Anchiornis estaban compuestas tanto por β-queratinas como por alfa-queratinas (α-queratinas), una proteína que tienen todos los vertebrados terrestres, incluidos los mamíferos. Esto fue sorprendente porque la α-queratina sólo está presente en pequeñas cantidades en las plumas modernas. Además de coexpresar ambas proteínas de queratina, las plumas de Anchiornis ya habían sufrido el evento de deleción que diferencia a las plumas de otros tejidos.
«Los relojes moleculares, que los científicos utilizan como puntos de referencia para la divergencia evolutiva y genética, predicen que la deleción, y por tanto las plumas de vuelo funcionales, evolucionaron hace unos 145 millones de años», dice Schweitzer. «El Anchiornis es millones de años más antiguo y, sin embargo, tiene la forma proteica acortada. Este trabajo demuestra que podemos utilizar los datos de los fósiles moleculares para arraigar los relojes moleculares y mejorar su precisión: podemos empezar a poner fecha a los acontecimientos genéticos en la transición dinosaurio-ave a través de la ausencia o presencia de estas dos queratinas. Los datos también nos dan más información sobre cómo evolucionaron las plumas para permitir el vuelo»
El trabajo aparece en Proceedings of the National Academy of Sciences. Pan es el autor principal. Wenxia Zheng y Elena Schroeter, de NC State, y Roger Sawyer, de la Universidad de Carolina del Sur, también contribuyeron al trabajo, que fue apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Packard.
-peake-
Nota a los editores: A continuación un resumen.
«La evolución molecular de las plumas: Evidencia directa de los fósiles»
Autores: Yanhong Pan, Instituto de Geología y Paleontología de Nanjing; Roger Sawyer, Universidad de Carolina del Sur; Wenxia Zheng, Elena Schroeter, Mary Schweitzer, Universidad Estatal de Carolina del Norte; et al
Publicado: Proceedings of the National Academy of Sciences
Resumen:
Los fósiles de dinosaurios que poseen apéndices tegumentarios de diversas morfologías, interpretados como plumas, han mejorado en gran medida nuestra comprensión del vínculo evolutivo entre las aves y los dinosaurios, así como los orígenes de las plumas y la flight aviar. En las aves actuales, se ha demostrado que la expresión única y la composición de aminoácidos de las proteínas de las plumas maduras determinan sus propiedades biomecánicas, como la dureza, la resistencia y la plasticidad. Aquí aportamos pruebas moleculares y ultraestructurales de que las plumas pennáceas del dinosaurio no aviario del Jurásico Anchiornis estaban compuestas tanto por β-queratinas como por αqueratinas. Esto es significativo porque en las plumas maduras de las aves actuales predominan las β-queratinas, sobre todo en las barbas y bárbulas que forman el aspa. Confirmamos aquí que las plumas fueron modificadas tanto a nivel molecular como morfológico para obtener las propiedades biomecánicas para la flight durante la transición dinosaurio-ave, y mostramos que los patrones y el momento del cambio adaptativo a nivel molecular pueden ser abordados directamente en fósiles excepcionalmente conservados en tiempo profundo.