Когда перо обрело полёт?
Согласно молекулярному датированию учёных из Университета Южной Каролины, современная молекулярная структура пера начала формироваться около 125 миллионов лет назад — позже, чем считалось возможным.
Команда также видит намёки на то, что именно маховый полёт мог стать инновацией, которая с этого момента двигала эволюцию пера.
Из чего состоит перо?
Перья в основном состоят из белков, особенно бета-кератина, который также содержится в чешуе и когтях птиц, а также у родственных видов, таких как крокодилы и анолисы (маленькие зелёные ящерицы). Млекопитающие экспрессируют схожий, но отличный белок — альфа-кератин — в волосах и ногтях.
Бета-кератин — один из главных структурных «кирпичиков» чешуи, перьев и когтей. Биолог Роджер Сойер изучает детали этих «кирпичиков» с начала 1970-х. Его группа помогла определить семейства бета-кератинов, эволюционировавшие с момента появления белка почти 300 миллионов лет назад.
Молекулярное датирование предлагает новый взгляд на эволюционную историю
Благодаря достижениям в генетическом секвенировании, теперь доступны полные геномы нескольких современных животных, включая зебровую амадину, курицу и индейку. Сравнивая детали расположения генов бета-кератинов в геномах современных животных с временем расхождения видов, группа Сойера получила новое представление о том, как и когда развивались семейства бета-кератинов.
Драматическое расширение последовательностей перьевого бета-кератина 125 миллионов лет назад
Как сообщили Сойер и постдок Мэтью Гринволд в декабре в Journal of Experimental Zoology, большим сюрпризом стало то, что эволюция семейства перьевых бета-кератинов, по-видимому, не совпадает с эволюционным происхождением самих перьев. Полностью оперённая окаменелость Anchiornis huxleyi имеет возраст 155 миллионов лет, однако результаты Сойера указывают, что семейство перьевого бета-кератина начало развивать свои отличительные характеристики лишь около 143 миллионов лет назад. Более того, около 125 миллионов лет назад началось драматическое расширение последовательностей перьевого бета-кератина по всему геному.
Они также показали, что семейства чешуйчатого и когтевого бета-кератина возникли раньше, заключив, что первые перья состояли из бета-кератинов, более похожих на те, что сейчас встречаются в чешуе и когтях — более примитивное перо, в некотором смысле.
Их выводы согласуются с другими биофизическими оценками, что ранние перья не могли поддерживать маховый полёт. Слабость центрального стержня (очина) и возможная негибкость, обеспечиваемая ранними семействами бета-кератина, рассматриваются как причины, по которым перо изначально эволюционировало для других целей — терморегуляции или брачных демонстраций.
В статье, опубликованной в прошлом году в BMC Evolutionary Biology, они сообщили о преобладании последовательностей перьевого бета-кератина у современных птиц — широкого спектра схожих, но не идентичных последовательностей, которые начали умножаться на важном рубеже 125 миллионов лет назад, когда современный перьевой бета-кератин начал proliferate в птичьем геноме.
Был ли маховый полёт ключом к изменениям 125 миллионов лет назад?
«В то время, вероятно, что-то произошло с эволюцией пера, — сказал Гринволд. — Инновация, позволившая расширение этого семейства бета-кератина, которое высокофункционально и важно для экологии этих животных. Что-то позволило эту дупликацию, экспансию и фиксацию этих дуплицированных генов».
Вывод предварительный, но убедительный: маховый полёт вполне мог быть той инновацией, которую эволюционное давление впоследствии начало совершенствовать.
Учёные особенно заинтересованы в изучении деталей нелетающих птиц, таких как страус и эму. Для лучшего понимания махового полёта и бета-кератина «они должны дать реальное представление», — сказал Сойер.