O echipă internațională de cercetători a efectuat o analiză moleculară a unor pene fosile de la un mic dinozaur cu pene din Jurasic. Cercetările lor i-ar putea ajuta pe oamenii de știință să identifice momentul în care penele au dezvoltat capacitatea de a zbura în timpul tranziției dintre dinozauri și păsări.
Anchiornis a fost un dinozaur mic, cu pene, cu patru aripi, care a trăit în ceea ce este acum China în urmă cu aproximativ 160 de milioane de ani – cu aproape 10 milioane de ani înainte de Archaeopteryx, prima pasăre recunoscută. O echipă de cercetători de la Nanjing Institute of Geology and Paleontology, North Carolina State University și University of South Carolina a analizat penele Anchiornis pentru a vedea în ce fel diferă la nivel molecular de cele ale păsărilor fosile mai tinere și ale păsărilor moderne.
„Penele păsărilor moderne sunt compuse în principal din beta-keratină (β-keratină), o proteină care se găsește, de asemenea, în piele, gheare și ciocuri de reptile și păsări. Penele diferă de aceste alte țesuturi care conțin β-keratină, deoarece proteina din pene este modificată într-un mod care le face mai flexibile”, spune Mary Schweitzer, profesor de științe biologice la NC State, cu o numire comună la Muzeul de Științe Naturale din Carolina de Nord și coautor al unui articol care descrie cercetarea.
„La un moment dat, în timpul evoluției penelor, una dintre genele β-keratinei a suferit un eveniment de deleție, ceea ce a făcut ca proteina rezultată să fie ușor mai mică. Această deleție a schimbat biofizica penei în ceva mai flexibil – o cerință pentru zbor. Dacă putem preciza când și la ce organisme a avut loc acest eveniment de deleție, vom avea o mai bună înțelegere a momentului în care zborul a evoluat în timpul tranziției de la dinozauri la păsări.”
Cercetătorii, conduși de Yanhong Pan, cercetător invitat de la Institutul Nanjing, au examinat penele fosilizate de la Anchiornis, folosind microscopia electronică de înaltă rezoluție, precum și multiple tehnici chimice și imunologice pentru a determina compoziția moleculară a penelor. Aceștia au făcut același lucru cu alte pene din era mezozoică și cenozoică, precum și cu alte țesuturi de β-keratină care nu se așteptau să prezinte această deleție, apoi au comparat rezultatele cu penele și țesuturile păsărilor moderne.
Ei au descoperit că penele Anchiornis erau compuse atât din β-keratine, cât și din alfa-keratine (α-keratine), o proteină pe care o au toate vertebratele terestre, inclusiv mamiferele. Acest lucru a fost surprinzător, deoarece α-keratina este prezentă doar în cantități mici în penele moderne. În plus față de coexprimarea ambelor proteine de keratină, penele Anchiornis trecuseră deja prin evenimentul de deleție care diferențiază penele de alte țesuturi.
„Ceasurile moleculare, pe care oamenii de știință le folosesc ca repere pentru divergența evolutivă și genetică, prezic că deleția, și astfel penele de zbor funcționale, au evoluat în urmă cu aproximativ 145 de milioane de ani”, spune Schweitzer. „Anchiornis este cu milioane de ani mai veche, dar are forma de proteină scurtată. Această lucrare arată că putem utiliza datele fosilelor moleculare pentru a înrădăcina ceasurile moleculare și pentru a le îmbunătăți acuratețea – putem începe să punem calendarul evenimentelor genetice în tranziția dinozaur-pasăre prin absența sau prezența acestor două keratine. Datele ne oferă, de asemenea, mai multe informații despre cum au evoluat penele pentru a permite zborul.”
Lucrarea apare în Proceedings of the National Academy of Sciences. Pan este autorul principal. Wenxia Zheng și Elena Schroeter de la NC State și Roger Sawyer de la University of South Carolina au contribuit, de asemenea, la această lucrare, care a fost sprijinită parțial de National Science Foundation și Packard Foundation.
-peake-
Nota editorilor: Urmează un rezumat.
„Evoluția moleculară a penelor: Dovezi directe din fosile”
Autori: dr: 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
Publicat: Proceedings of the National Academy of Sciences
Abstract:
Fosile de dinozauri care posedă apendice tegumentare de diferite morfologii, interpretate ca pene, au îmbunătățit foarte mult înțelegerea noastră a legăturii evolutive dintre păsări și dinozauri, precum și a originii penelor și a flight-ului aviar. La păsările existente, s-a demonstrat că expresia unică și compoziția de aminoacizi a proteinelor din penele mature determină proprietățile biomecanice ale acestora, cum ar fi duritatea, elasticitatea și plasticitatea. Aici, aducem dovezi moleculare și ultrastructurale că penele penninoase ale dinozaurului jurasic non-avian Anchiornis erau alcătuite atât din β-keratine de pene, cât și din αkeratine. Acest lucru este semnificativ, deoarece penele mature la păsările actuale sunt dominate de β-keratine, în special în baretele și barbulele care formează paleta. Confirmăm aici că penele au fost modificate atât la nivel molecular, cât și morfologic pentru a obține proprietățile biomecanice pentru flight în timpul tranziției dintre dinozauri și păsări, și arătăm că modelele și momentul schimbării adaptative la nivel molecular pot fi abordate direct în fosilele excepțional conservate în timp profund.
.