Międzynarodowy zespół badaczy przeprowadził analizę molekularną na kopalnych piórach małego, opierzonego dinozaura z okresu jurajskiego. Ich badania mogą pomóc naukowcom w ustaleniu, kiedy pióra rozwinęły zdolność do lotu w okresie przejściowym między dinozaurami a ptakami.
Anchiornis był małym, opierzonym, czteroskrzydłym dinozaurem, który żył na terenie dzisiejszych Chin około 160 milionów lat temu – prawie 10 milionów lat przed Archaeopteryx, pierwszym uznanym ptakiem. Zespół badaczy z Nanjing Institute of Geology and Paleontology, North Carolina State University i University of South Carolina przeanalizował pióra Anchiornisa, aby zobaczyć, jak różniły się na poziomie molekularnym od piór młodszych ptaków kopalnych i ptaków współczesnych.
„Współczesne pióra ptaków składają się głównie z beta-keratyny (β-keratyny), białka występującego również w skórze, pazurach i dziobach gadów i ptaków. Pióra różnią się od tych innych tkanek zawierających β-keratynę, ponieważ białko piór jest zmodyfikowane w sposób, który czyni je bardziej elastycznymi” – mówi Mary Schweitzer, profesor nauk biologicznych w NC State z połączoną nominacją w North Carolina Museum of Natural Sciences i współautorka pracy opisującej badania.
„W pewnym momencie podczas ewolucji piór, jeden z genów β-keratyny uległ delecji, przez co powstałe białko stało się nieco mniejsze. Ta delecja zmieniła biofizykę piór na coś bardziej elastycznego – co jest warunkiem lotu. Jeśli uda nam się ustalić, kiedy i u jakich organizmów doszło do tej delecji, będziemy mieli lepsze pojęcie o tym, kiedy lot wyewoluował podczas przejścia od dinozaurów do ptaków.”
Badacze, kierowani przez Yanhonga Pana, wizytującego naukowca z Instytutu Nanjing, zbadali skamieniałe pióra Anchiornisa, używając mikroskopii elektronowej wysokiej rozdzielczości, a także wielu technik chemicznych i immunologicznych, by określić skład molekularny piór. Zrobili to samo z innymi piórami z ery mezozoicznej i kenozoicznej, jak również z innymi tkankami β-keratyny, które nie powinny wykazywać tej delecji, a następnie porównali wyniki z nowoczesnymi ptasimi piórami i tkankami.
They znaleźć, że pióra Anchiornis składały się z obu β-keratyn i alfa-keratyn (α-keratyn), białko wszystkie kręgowce lądowe mają, w tym ssaków. Było to zaskakujące, ponieważ α-keratyna jest obecna tylko w niewielkich ilościach we współczesnych piórach. Oprócz współekspresji obu białek keratynowych, pióra Anchiornis przeszły już wydarzenie delecji, które odróżnia pióra od innych tkanek.
„Zegary molekularne, które naukowcy wykorzystują jako punkty odniesienia dla ewolucyjnej i genetycznej dywergencji, przewidują, że delecja, a tym samym funkcjonalne pióra lotnicze, wyewoluowały około 145 milionów lat temu” – mówi Schweitzer. „Anchiornis jest o miliony lat starszy, a mimo to ma skróconą formę białka. Ta praca pokazuje, że możemy wykorzystać molekularne dane kopalne do zakorzenienia zegarów molekularnych i poprawy ich dokładności – możemy zacząć odkładać w czasie genetyczne wydarzenia w przejściu dinozaurów w ptaki poprzez brak lub obecność tych dwóch keratyn. Dane te dają nam również więcej informacji o tym, jak pióra ewoluowały, by umożliwić lot.”
Praca ukazała się w Proceedings of the National Academy of Sciences. Pan jest głównym autorem. Wenxia Zheng i Elena Schroeter z NC State oraz Roger Sawyer z University of South Carolina również przyczynili się do tej pracy, która była wspierana częściowo przez National Science Foundation i Packard Foundation.
-peake-
Uwaga dla redaktorów: An abstract follows.
„The molecular evolution of feathers: Direct evidence from fossils”
Autorzy: 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: Proceedings of the National Academy of Sciences
Abstract:
Skamieniałości dinozaurów posiadające wyrostki integumentarne o różnej morfologii, interpretowane jako pióra, znacznie poprawiły nasze zrozumienie ewolucyjnego związku między ptakami i dinozaurami, a także pochodzenia piór i ptasiej flight. U dzisiejszych ptaków wykazano, że unikalna ekspresja i skład aminokwasowy białek w dojrzałych piórach determinuje ich właściwości biomechaniczne, takie jak twardość, sprężystość i plastyczność. Tutaj przedstawiamy molekularne i ultrastrukturalne dowody na to, że pióra jurajskiego nieawskiego dinozaura Anchiornis składały się zarówno z β-keratyn piór, jak i α-keratyn. Jest to istotne, ponieważ dojrzałe pióra ptaków żyjących na wolności są zdominowane przez β-keratynę, zwłaszcza w pręcikach i słupkach tworzących łopatkę. Potwierdzamy tu, że pióra były modyfikowane zarówno na poziomie molekularnym, jak i morfologicznym, by uzyskać właściwości biomechaniczne dla lotu w okresie przejściowym między dinozaurami a ptakami, i pokazujemy, że wzorce i czas zmian adaptacyjnych na poziomie molekularnym mogą być bezpośrednio badane w wyjątkowo dobrze zachowanych skamieniałościach w głębokim czasie.
.