Биологи повернули вспять эволюцию клюва птиц

Обычно перед вылуплением у куриного эмбриона уже сформирован клюв (слева), но если блокировать активность двух белков, то лицевая часть черепа эмбриона (в середине) напоминает уже рептилий, например, череп современных аллигаторов (справа)

(фото Bhart-Anjan Bhullar).

Художественная реконструкция одной из первых птиц √ археоникса и современной тинаму с обозначенными нёбными и резцовыми межчелюстными костями

(иллюстрация John Conway).

Имея под рукой множество окаменелых костей динозавров и других животных, палеонтологи регулярно радуют общественность новыми реконструкциями внешности того или иного ископаемого вида. Но не меньший, если не больший, интерес среди специалистов имеет поиск механизмов воссоздания хотя бы отдельных элементов их физиологии.

Одним из самых интересных направлений здесь является пока ещё очень таинственный эволюционный переход от динозавров к птицам, который произошёл около 150 миллионов лет назад. Дело в том, что по имеющимся данным этот переход был очень размытым. У первых птиц не было никаких специфических анатомических особенностей, которые отличали бы их от предков – динозавров.

Но на ранних стадиях эволюции птиц парные резцовые межчелюстные кости, которые присутствуют как у птиц, так и у ящеров, увеличились в размерах и срослись, образовав у пернатых клюв.

Команда исследователей во главе с палеонтологом Бхарт-Анджаном Булларом (Bhart-Anjan Bhullar) из Йельского университета и гарвардским биологом Архатом Абжановым (Arhat Abzhanov) решила разобраться в молекулярных основах этого эволюционного процесса. И для начала учёные проанализировали эмбриональное развитие клюва у современных кур и страусов эму, а также формирование морды у аллигаторов, ящериц и черепах. Кроме этого, учёными был проведён сравнительный анализ анатомии современных видов и ископаемых.

Учёные обнаружили, что белки FGF и Wnt, которые участвуют в процессе формирования морды у птиц и рептилий, экспрессируются по-разному, то есть по-разному происходит процесс передачи наследственной информации от соответствующих генов. У рептилий активность белков наблюдалась на двух небольших участках в части эмбриона, где формируется морда, а в случае птиц эти участки были гораздо обширнее.

Эта находка стала для исследователей предварительным доказательством того, что изменение активности FGF и Wnt могло стать ключом к появлению у птиц клюва.

Художественная реконструкция одной из первых птиц √ археоникса и современной тинаму с обозначенными нёбными и резцовыми межчелюстными костями
(иллюстрация John Conway).

На следующем этапе учёные биохимически блокировали оба белка у куриных эмбрионов и незадолго до естественного вылупления вскрыли яйца для анализа. У цыплят на этой стадии развития всё ещё был небольшой лоскуток кожи над местом, где формируется клюв.

У некоторых "изменённых" цыплят наблюдалось только частичное сращивание резцовых межчелюстных костей, а у других эти кости были явно короче, чем у нормальных птиц. Более того, не только клюв, но и нёбные кости также претерпели ряд "обратных" изменений.

"Глядя на этих птенцов снаружи, вы всё равно подумали бы, что это обычный клюв, — поясняет доктор Буллар в пресс-релизе Йельского университета. – Но если бы вы увидели их скелет, это бы вас точно смутило. И, тем не менее, я не могу сказать, что мы дали птицам морды".

При помощи компьютерного томографа исследователи создали цифровые модели всех черепов и сравнили их с ископаемыми видами. Оказалось, что некоторые из черепов модифицированных цыплят напоминают по строению, скорее, кости ранних птиц археоптериксов и динозавров, таких как велоцераптор, нежели современных кур.

Доктор Буллар отмечает, что разработанный его командой подход может быть использован и для изучения многих других процессов эволюционного развития, которые остаются пока до конца не понятыми учёными.

Более подробно с исследованиями и выводами авторов можно ознакомиться, прочитав статью, опубликованную в журнале Evolution.