Молекулярный анализ перьев анхиорниса проливает свет на происхождение полета
Международная группа исследователей провела молекулярный анализ окаменелых перьев небольшого оперенного динозавра юрского периода. Их работа может помочь определить, когда перья эволюционировали для полета в ходе перехода от динозавров к птицам.
Anchiornis — небольшой оперенный четырехкрылый динозавр, живший на территории современного Китая около 160 миллионов лет назад, почти на 10 миллионов лет раньше Archaeopteryx, первой признанной птицы. Команда из Нанкинского института геологии и палеонтологии, Университета штата Северная Каролина и Университета Южной Каролины проанализировала перья Anchiornis, чтобы выяснить их молекулярные отличия от перьев более молодых ископаемых и современных птиц.
"Перья современных птиц в основном состоят из бета-кератина (β-кератина), белка, который также содержится в коже, когтях и клювах рептилий и птиц. Перья отличаются от других тканей с β-кератином, потому что их белок модифицирован таким образом, что делает их более гибкими", — говорит Мэри Швайцер, соавтор исследования.
"В какой-то момент эволюции перьев один из генов β-кератина подвергся делеции (удалению фрагмента), сделавшей результирующий белок немного меньше. Эта делеция изменила биофизику пера, сделав его более гибким — необходимым условием для полета. Если мы сможем определить, когда и у каких организмов произошло это событие делеции, мы лучше поймем, когда в ходе перехода от динозавров к птицам развился полет".
Исследователи под руководством Яньхун Пань изучили окаменелые перья Anchiornis с помощью:
- Высокоразрешающей электронной микроскопии
- Множества химических и иммунологических методов
Аналогичный анализ провели для других перьев мезозойской и кайнозойской эр, а также для других тканей с β-кератином, где такой делеции не ожидалось. Результаты сравнили с данными по современным птицам.
Ключевые выводы
Перья Anchiornis состояли как из β-кератинов, так и из альфа-кератинов (α-кератинов) — белка, который есть у всех наземных позвоночных, включая млекопитающих. Это удивительно, поскольку в современных перьях α-кератин присутствует лишь в небольших количествах.
Несмотря на совместную экспрессию двух типов кератинов, перья Anchiornis уже имели ту самую делецию, которая отличает перья от других тканей.
"Молекулярные часы, которые ученые используют для оценки эволюционного и генетического расхождения, предсказывают, что делеция, а следовательно, и функциональные маховые перья, эволюционировали около 145 миллионов лет назад, — говорит Швайцер. — Anchiornis на миллионы лет старше, но уже имеет укороченную форму белка".
Значение работы
- Показана возможность использовать молекулярные данные окаменелостей для калибровки молекулярных часов и повышения их точности.
- Появляется возможность датировать генетические события в переходе динозавр-птица по наличию или отсутствию двух типов кератинов.
- Получены новые данные о том, как эволюционировали перья для обеспечения полета.
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences ("The molecular evolution of feathers with direct evidence from fossils"). Работа поддержана Национальным научным фондом (NSF) и Фондом Паккарда.