Еволюцията на птичите пера от динозавърските протопера

Нов анализ свързва динозаврите и сигналния път "таралежа Соник"  (да, това е истинското му име), който може да обясни как "протоперата" са се превърнали в сложните израстъци - птичите пера.

Птиците са динозаври. Съвременните пернати приятели са еволюционни потомци на семейството динозаври, наречени тероподи - двуноги динозаври, в което влизат велосирапторите и тиранозавър рекс.

Но кога, как и защо са се появили перата, продължава да се изследва.

Как са се появили перата

Първите протопера при динозаврите би трябвало да са съществували преди поне 200 милиона години. Някои палеонтолози дори предполагат, че перата може да са се появили още по-отдавна - преди 240 млн. години, когато е съществувал общ прародител между динозаврите и птерозаврите.

Протоперата - структурите, които маркират еволюционната отправна точка на перата - са били прости, цилиндрични нишки. Те са нямали нишките, пухчетатв и фоликулите на съвременните пера.

Протоперата са осигурявали топлинна изолация и украса, преди да се развият в продължение на милиони години в по-сложни структури, които позволяват летене.

В новото изследване, публикувано в PLOS Biology, са разгледани молекулярните сигнални пътища между клетките при развитието на косми, люспи и пера в ембрионите на съвременните животни.

Една група са наречени сигнални таралежови пътища заради приликата на сигналната молекула с таралеж. Тези пътища са от решаващо значение за клетъчната диференциация в ембрионите.

Сигнализиращата молекула SHH (Sonic Hedgehog). Кредит: Wikimedia Commons

При бозайниците има 3 вида таралежови пътища - пустинен (Dhh), индиански (Ihh) и соник (Shh), от които соник е най-добре проучен. Dhh и Ihh са кръстени на видовете таралежи, а Shh - на героя от видеоиграта на Sega таралежа Соник (Sonic Hedgehog).

Тези пътища са наблюдавани и в други части на животинското царство.

"Тъй като пътят Shh играе решаваща роля в развитието на перата, искахме да наблюдаваме какво се случва, когато той бъде потиснат", разказва съавторът Рори Купър (Rory Cooper). Купър е изследовател в Университета в Шефилд, Великобритания, който е завършил тази работа като част от Лабораторията за изкуствена и естествена еволюция (LANE) на Мишел Милинкович (Michel Milinkovitch) в Женевския университет в Швейцария.

Преди това Купър и Милинкович са показали, че стимулирането на пътя Shh в пилешки ембриони води до превръщането на люспите на краката в пера.

Този път те блокират Shh пътя на 9-ия ден от ембрионалното развитие - точно преди развитието на пера по крилата.

На 12-ия ден от инкубацията в перовите пъпки се наблюдават надлъжни области на клетъчна плътност, които съответстват на косъмчетата на бъдещото пухово перо. Кредит: Rory Cooper & Michel Milinkovitch (CC BY).

Те установяват, че перата се образуват неразклонени - наподобяват това, което учените смятат, че биха изглеждали ранните етапи на протоперата.

До 14-ия ден от развитието на ембрионите нормалното образуване на пера се възобновява. Пилетата се излюпват с участъци от гола кожа, но фоликулите автоматично се активират отново и в крайна сметка се получават пилета с нормално оперение.

"Нашите експерименти показват, че докато преходно нарушение в развитието на люспите на краката може трайно да ги превърне в пера, много по-трудно е трайно да се наруши самото развитие на перата", посочва Милинкович.

"Очевидно в хода на еволюцията мрежата от взаимодействащи си гени е станала изключително стабилна, осигурявайки правилното развитие на перата дори при значителни генетични смущения или смущения в околната среда. Сега голямото предизвикателство е да разберем как генетичните взаимодействия се развиват, за да позволят появата на морфологични новости като протоперата."

Справка: Cooper RL, et al. In vivo sonic hedgehog pathway antagonism temporarily results in ancestral proto-featherlike structures in the chicken. PLOS Biology (2025). DOI: 10.1371/journal.pbio.3003061

Източник: The evolution of bird feathers from dinosaur origins, Сosmos magazine

Още по темата

09/09/2024

Защо

Защо повечето бозайници имат 5 пръста?

18/05/2023

Животът

Люспи или пера? Всичко зависи от един ген

04/07/2022

Медицина

Открита е сигнализираща молекула, която мощно стимулира растежа на косата

12/03/2016

Животът

Върнаха на птица динозавърските крака чрез молекулярен експеримент