国際研究チームは、ジュラ紀の小型恐竜の羽毛化石について分子解析を実施しました。
アンキオルニスは、現在の中国に生息していた小型の羽毛恐竜で、4つの翼を持ち、約1億6000万年前（鳥として最初に認識された始祖鳥より約1000万年前）に生息していました。 南京地質古生物学研究所、ノースカロライナ州立大学、およびサウスカロライナ大学の研究チームは、アンキオルニスの羽を分析し、若い化石鳥や現代の鳥の羽と分子レベルでどのように違うかを調べました。 羽毛は、他のβ-ケラチンを含む組織とは異なり、羽毛のタンパク質がより柔軟になるように変化しています」と、ノースカロライナ州立自然科学博物館の生物科学教授で、この研究を説明する論文の共著者であるMary Schweitzer氏は述べています。
「羽毛の進化のある時点で、β-ケラチン遺伝子の1つが欠失し、結果として生じるタンパク質がわずかに小さくなっていました。 この欠失は、羽毛の生物物理学をより柔軟なものに変え、飛行に必要な条件となった。 南京研究所の客員研究員であるYanhong Pan氏を中心とする研究チームは、アンキオルニスの羽の化石を調べ、高解像度電子顕微鏡、複数の化学および免疫学的手法を使って、羽の分子組成を決定しました。 また、中生代および新生代の羽毛や、この欠失が予想されない他のβ-ケラチン組織についても同様の調査を行い、現代の鳥類の羽毛や組織と比較しました。
その結果、アンキオルニスの羽毛はβ-ケラチンと、哺乳類を含むすべての陸上脊椎動物が持つα-ケラチン（アルファケラチン）の両方から構成されていることがわかりました。 α-ケラチンは現代の羽毛には少量しか存在しないので、これは意外だった。 アンキオルニスの羽毛は、両方のケラチン・タンパク質を共発現していることに加え、羽毛を他の組織と区別する欠失事象をすでに受けていました。
「科学者が進化や遺伝子の分岐の基準として用いる分子時計は、欠失、ひいては機能する飛行羽毛が約1億4500万年前に進化したと予測しています」シュヴァイツァーは述べています。 「アンキオルニスの方が何百万年も古いのに、タンパク質が短くなった形をしているのです。 この研究は、分子化石のデータを利用して分子時計を作成し、その精度を向上できることを示している。つまり、この2つのケラチンの有無によって、恐竜から鳥への進化における遺伝子イベントの時期を特定し始めることができるのである。 また、このデータは、羽毛がどのように進化して空を飛べるようになったかについての詳細な情報を与えてくれます」
この研究は、Proceedings of the National Academy of Sciencesに掲載されています。 Panが主執筆者。 NC State の Wenxia Zheng と Elena Schroeter、サウスカロライナ大学の Roger Sawyer もこの研究に貢献し、米国科学財団とパッカード財団から一部支援を受けています。
-peake-
編集者への注記。
“The molecular evolution of feathers: 化石からの直接の証拠」
著者 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
掲載。 Proceedings of the National Academy of Sciences
概要：
羽毛と解釈される様々な形態の付属器官を持つ恐竜化石は、鳥と恐竜の進化のつながりや、羽毛や鳥類の明るさの起源についての理解を大きく深めるものであった。 現生鳥類では、成熟した羽毛のタンパク質のユニークな発現とアミノ酸組成が、硬さ、弾力性、可塑性などの生体力学的特性を決定することが明らかにされている。 本論文では、ジュラ紀の非鳥類恐竜アンキオルニスのペンネース羽毛が、羽毛β-ケラチンとα-ケラチンの両方から構成されていたことを、分子および超微細構造から証明するものである。 現存する鳥類の成熟した羽毛は、特に羽根を形成するバーブやバーブルにおいてβ-ケラチンで占められているため、これは重要なことである。 本論文では、恐竜から鳥類への移行期に羽毛が分子レベル、形態レベルの両方で修正され、飛行のための生体力学的特性が得られたことを確認し、分子レベルでの適応的変化のパターンとタイミングが、深い時間の中で例外的に保存された化石で直接扱えることを示した
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