Egy nemzetközi kutatócsoport molekuláris elemzést végzett a jura korból származó kis, tollas dinoszaurusz fosszilis tollain. Kutatásuk segítheti a tudósokat annak meghatározásában, hogy a dinoszaurusz-madár átmenet során mikor fejlődött ki a tollakból a repülés képessége.
Az Anchiornis egy kicsi, tollas, négyszárnyú dinoszaurusz volt, amely körülbelül 160 millió évvel ezelőtt élt a mai Kína területén – közel 10 millió évvel az Archaeopteryx, az első elismert madár előtt. A Nanjingi Geológiai és Paleontológiai Intézet, az Észak-Karolinai Állami Egyetem és a Dél-Karolinai Egyetem kutatócsoportja elemezte az Anchiornis tollait, hogy megnézze, miben különbözik molekuláris szinten a fiatalabb fosszilis madarak és a modern madarak tollától.
“A modern madártollak elsősorban béta-keratinból (β-keratin) állnak, amely fehérje a hüllők és madarak bőrében, karmaiban és csőrében is megtalálható. A tollak azért különböznek ezektől a többi β-keratint tartalmazó szövettől, mert a tollfehérje olyan módon módosul, hogy rugalmasabbá teszi őket” – mondja Mary Schweitzer, az NC State biológiai tudományok professzora, aki az Észak-Karolinai Természettudományi Múzeumban is dolgozik, és a kutatást ismertető tanulmány társszerzője.
“A tollak evolúciója során valamikor a β-keratin egyik génje deléciós eseményen ment keresztül, ami a keletkező fehérjét kissé kisebbé tette. Ez a deléció a toll biofizikáját rugalmasabbá változtatta – ami a repülés feltétele. Ha pontosan meg tudjuk határozni, hogy mikor és milyen organizmusokban történt ez a deléciós esemény, akkor jobban meg tudjuk majd érteni, hogy mikor alakult ki a repülés a dinoszauruszokból a madarakba való átmenet során.”
A kutatók Yanhong Pan, a Nanjing Intézet vendégkutatója vezetésével megvizsgálták az Anchiornis fosszilis tollait, nagyfelbontású elektronmikroszkópiával, valamint több kémiai és immunológiai technikával határozták meg a tollak molekuláris összetételét. Ugyanezt tették más, a mezozoikumból és a kainozoikumból származó tollakkal, valamint más β-keratin szövetekkel is, amelyekben várhatóan nem mutatkozik ez a deléció, majd összehasonlították az eredményeket a modern madártollakkal és -szövetekkel.
Megállapították, hogy az Anchiornis tollai β-keratinokból és alfa-keratinokból (α-keratinokból) is álltak, amely fehérje minden szárazföldi gerincesben megtalálható, beleértve az emlősöket is. Ez azért volt meglepő, mert az α-keratin csak kis mennyiségben van jelen a modern tollakban. Amellett, hogy az Anchiornis tollai mindkét keratinfehérjét együttesen fejezték ki, már átesett azon a deléciós eseményen, amely megkülönbözteti a tollakat más szövetektől.
“A molekuláris órák, amelyeket a tudósok az evolúciós és genetikai eltérések viszonyítási pontjaként használnak, azt jelzik előre, hogy a deléció, és így a funkcionális repülőtollak körülbelül 145 millió évvel ezelőtt alakultak ki” – mondja Schweitzer. “Az Anchiornis több millió évvel idősebb, mégis rendelkezik a rövidített fehérjeformával. Ez a munka azt mutatja, hogy a molekuláris fosszilis adatokat felhasználhatjuk a molekuláris órák meggyökereztetésére és pontosságuk javítására – elkezdhetjük időzíteni a dinoszaurusz-madár átmenet genetikai eseményeit e két keratin hiánya vagy jelenléte révén. Az adatok több információt adnak arról is, hogyan fejlődtek ki a tollak, hogy lehetővé tegyék a repülést.”
A munka a Proceedings of the National Academy of Sciences című folyóiratban jelent meg. Pan a vezető szerző. Wenxia Zheng és Elena Schroeter az NC State, valamint Roger Sawyer a Dél-Karolinai Egyetemről szintén hozzájárult a munkához, amelyet részben a Nemzeti Tudományos Alapítvány és a Packard Alapítvány támogatott.
-peake-
Megjegyzés a szerkesztőknek:
“A tollak molekuláris evolúciója: Direct evidence from fossils”
Authors:
Autors: A tollak evolúciója: Yanhong Pan, Nanking Institute of Geology and Paleontology; Roger Sawyer, University of South Carolina; Wenxia Zheng, Elena Schroeter, Mary Schweitzer, North Carolina State University; et al
Published: A különböző morfológiájú, tollként értelmezett integumentális függelékkel rendelkező dinoszaurusz fosszíliák nagyban hozzájárultak a madarak és a dinoszauruszok közötti evolúciós kapcsolat, valamint a tollak és a madarak flight eredetének megértéséhez. A ma élő madaraknál kimutatták, hogy az érett tollak fehérjéinek egyedi kifejeződése és aminosav-összetétele meghatározza a tollak biomechanikai tulajdonságait, például keménységét, rugalmasságát és plaszticitását. Itt molekuláris és ultrastrukturális bizonyítékot szolgáltatunk arra, hogy a jura kori Anchiornis nem őslény dinoszaurusz pennás tollai mind β-keratinokból, mind α-keratinokból álltak. Ez azért szignifikáns, mert a ma élő madarak kifejlett tollaiban a β-keratinok dominálnak, különösen a szárnyasokat alkotó tüskékben és szőrszálakban. Ebben a tanulmányban meggyőződünk arról, hogy a tollak mind molekuláris, mind morfológiai szinten módosultak a dinoszaurusz-madár átmenet során a flight biomechanikai tulajdonságainak elérése érdekében, és megmutatjuk, hogy az adaptív változások molekuláris szintű mintázata és időzítése közvetlenül vizsgálható a kivételesen megőrződött mélyidőszaki fosszíliákban.