Ученые восстановили процесс превращения челюсти рептилий в птичий клюв

Ученые успешно копировали молекулярные процессы, которые превратили пасти динозавров в птичьи клювы.

С помощью отчетов по окаменелостям в качестве основы ученые во главе с Йельским палеонтологом и биологом Барт-Аньяном Балларом и биологом Архатом Абжановым из Гарварда провели первое успешное обращение особенностей птичьего черепа.

Исследователи копировали наследственное молекулярное развитие, чтобы преобразовать эмбрион цыпленка в лаборатории в особи со строением морды и неба, подобными тем, что были у небольших динозавров, таких как велоцираптор и археоптерикс.

«Наша цель в том, чтобы понять молекулярные основы важного эволюционного перехода, а не просто создать дино-цыпленка», сообщил Баллар, ведущий автор исследования, опубликованного в издании Evolution.

Открытие механизма для воссоздания элементов физиологии динозавра некоторое время было популярной темой.

В данном случае ученые особое внимание обратили на клюв.

«Клюв — это ключевая роль птичьего пищевого аппарата, а кроме того он является компонентом птичьего скелета, который, возможно, развивался наиболее экстенсивно и радикально — достаточно сравнить фламинго, попугаем, колибри, пеликанов и других птиц», пояснил Баллар.

В новом исследовании Баллар с коллегами детализировали новый подход к обнаружению молекулярного механизма, вовлеченного в создание скелета ключа. Сначала они провели количественный анализ анатомии связанных окаменелостей и существующих животных, чтобы сформировать гипотезу о переходе, а затем ученые вели поиск возможных изменений в генной экспрессии, которые коррелировали бы с этим переходом.

В анализе использовались эмбрионы страусов эму, аллигаторов, ящериц и черепах. Исследователи выяснили, что большинство поколений птиц (неогнаты или новонёбные и палеогнаты или древненёбные) отличались от основных поколений нептичьих рептилий (крокодилы, черепахи и ящерицы) и от млекопитающих тем, что имели уникальную срединную зону генной экспрессии двух различных генов лицевого развития в раннем эмбриональном развитии. Эта срединная генная экспрессия ранее наблюдалась только у цыплят.

С помощью мелкомолекулярных ингибиторов для игнорирования активности белков, производимых специфической для птиц срединной сигнальной зоной эмбрионов цыплят исследователи сумели индуцировать наследственную молекулярную активность и наследственную анатомию. Мало того, что обратилась структура клюва, так еще и в первобытное состояние вернулся процесс развития нёбной кости.

«Это было неожиданным и продемонстрировало путь, с которым единственный простой механизм развития может иметь неожиданные и всесторонние эффекты», сказал Баллар.

У исследования есть несколько значений. Например, если за подобное преобразование отвечал один молекулярный механизм, должно быть связанное преобразование в отчетах по окаменелостям.

«Близкий родственник современных птиц — Hesperonis — сохранил зубы и измененный клюв в форме сплавленных и удлиненных костей premaxillae, расположенных на конце верхней челюсти большинства животных», отметил Баллар.

По словам ученого, этот же подход может использоваться для исследования основных эволюционных механизмов, лежащих в основе множества эволюционных преобразований.