От динозавров к птицам: происхождение формирования перьев
Перья — одни из самых сложных кожных придатков в животном мире. Палеонтологические открытия и исследования в области биологии развития показывают, что они эволюционировали из простых структур, известных как протоперья.
Эти примитивные структуры, состоящие из одной трубчатой нити, появились около 200 миллионов лет назад у некоторых динозавров. Палеонтологи также обсуждают возможность их ещё более раннего присутствия у общего предка динозавров и птерозавров около 240 миллионов лет назад.
Протоперья — это простые цилиндрические нити. Они отличаются от современных перьев отсутствием бородок и крючочков, а также фолликула — впячивания у их основания.
Появление протоперья, вероятно, стало первым ключевым шагом в эволюции перьев, первоначально обеспечивая термоизоляцию и украшение, а затем постепенно модифицируясь под действием естественного отбора для создания более сложных структур, позволивших полёт.
Воссоздание первых протоперьев динозавров
Лаборатория Мишеля Милинковича (UNIGE) изучает роль молекулярных сигнальных путей, таких как Sonic Hedgehog (Shh), в эмбриональном развитии чешуи, волос и перьев у современных позвоночных.
В предыдущем исследовании учёные, стимулировав путь Shh у куриных эмбрионов, наблюдали полное и постоянное превращение чешуи на ногах птицы в перья.
«Поскольку путь Shh играет решающую роль в развитии пера, мы хотели посмотреть, что происходит при его подавлении», — объясняет Рори Купер, соавтор исследования.
Введя молекулу, блокирующую путь Shh, на девятый день эмбрионального развития (непосредственно перед появлением зачатков перьев на крыльях), исследователи наблюдали образование неразветвлённых и неинвагинированных зачатков, напоминающих предполагаемые ранние стадии протоперьев.
Однако с 14-го дня эмбрионального развития морфогенез пера частично восстановился. Хотя цыплята вылупились с участками голой кожи, спящие подкожные фолликулы были автономно реактивированы, и в итоге выросли птицы с нормальным оперением.
«Наши эксперименты показывают, что, хотя временное нарушение в развитии чешуи на ногах может навсегда превратить их в перья, гораздо сложнее навсегда нарушить само развитие перьев», — заключает Милинкович.
«Очевидно, что в ходе эволюции сеть взаимодействующих генов стала чрезвычайно устойчивой, обеспечивая правильное развитие перьев даже при существенных генетических или экологических нарушениях. Большая задача сейчас — понять, как эволюционируют генетические взаимодействия, позволяя возникать морфологическим новшествам, таким как протоперья».