乍一看，大多數(shù)人都不會(huì)認(rèn)為短吻鱷或鳥類是進(jìn)化的堂兄弟。但事實(shí)上，爬行動(dòng)物是最親近的鳥類親屬，而且都是來自兩千萬年前曾統(tǒng)治地球的“統(tǒng)治爬行動(dòng)物”的龍族。Archosaurs引起了恐龍的時(shí)代，并最終將鳥類和爬行動(dòng)物作為它們唯一的活著后代。最近，發(fā)現(xiàn)了許多具有全部或部分羽狀物的過渡性恐龍化石?？茖W(xué)家們推測(cè)，羽毛恐龍的這些原始“原始羽毛”可能已經(jīng)進(jìn)化為幫助吸熱，吸引配偶，使它們有能力更好地超越捕食者，并最終滑翔和飛翔。但究竟外皮和下層組織如何指定羽毛與鱗片 - 最終是飛行的演變 - 仍然是一個(gè)謎。

然而，這種豐富的進(jìn)化遺產(chǎn)應(yīng)該仍然嵌入所有活鳥和爬行動(dòng)物DNA中。對(duì)于像再生醫(yī)學(xué)醫(yī)師，南加州大學(xué)凱克醫(yī)學(xué)院病理學(xué)教授鄭成明博士這樣的科學(xué)家來說，現(xiàn)在已經(jīng)成熟，可以利用現(xiàn)代基因組學(xué)的進(jìn)步來研究負(fù)責(zé)的分子線索。羽毛和飛行的演變。在分子生物學(xué)和進(jìn)化學(xué)高級(jí)在線版上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，Chuong帶領(lǐng)一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)確定了大量涉及規(guī)模和羽毛發(fā)育的新基因。“我們現(xiàn)在對(duì)這些假設(shè)的缺失環(huán)節(jié)有一個(gè)潛在的分子解釋，”Chuong說。

他們還展示了通過在規(guī)模增長(zhǎng)和發(fā)展的關(guān)鍵階段打開和關(guān)閉關(guān)鍵分子電路，將鱗片變成羽毛的能力。“這些結(jié)果表明，不同的擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致不同程度的羽毛轉(zhuǎn)換，這意味著在給定適當(dāng)?shù)姆肿有盘?hào)的情況下，鱗片具有形成羽毛的能力，”Chuong說。

對(duì)于該研究，該團(tuán)隊(duì)對(duì)發(fā)育中的雛雞和短吻鱷進(jìn)行了完整的RNA轉(zhuǎn)錄組和DNA基因組分析，以確定其基因表達(dá)差異以及規(guī)模或羽毛形成的關(guān)鍵基因。接下來，他們將這些獨(dú)特的雞毛基因放置在鱷魚卵中，小心地將它們打開或關(guān)閉在它們正在生長(zhǎng)的皮膚下面，以重新喚醒可以將鱗片變成羽毛的古老程序。

“我們的分析導(dǎo)致了對(duì)現(xiàn)代羽毛形成必不可少的五個(gè)形態(tài)調(diào)節(jié)模塊的識(shí)別，”Chuong說。“我們建議這些模塊最初可以演變?yōu)椴煌牟呗?，以便更好地適應(yīng)。最終，五個(gè)形態(tài)調(diào)節(jié)模塊的整合組合實(shí)現(xiàn)了今天非常成功的羽毛架構(gòu)，允許Ave類將大部分開放天空作為其生態(tài)位“。

這些關(guān)鍵環(huán)路導(dǎo)致附屬物的出芽和伸長(zhǎng)，具有干細(xì)胞和真皮乳頭的毛囊允許循環(huán)再生，具有不同分枝形式的倒鉤脊形成和特定的羽毛角蛋白分化。

一些分子只能誘導(dǎo)五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)，例如，Sox2基因可以打開羽毛出芽并完全抑制鱗片形成，而Grem1可以誘導(dǎo)倒鉤狀分枝。“其他分子，如維甲酸或Sox18，具有更強(qiáng)的誘導(dǎo)sc鱗片形成羽毛狀皮膚附屬物的能力，”Chuong說。“這些類似羽毛的附屬物顯示了定義羽毛的所有五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，表明它們?cè)谶@種進(jìn)化途徑中處于更高的等級(jí)水平。”

這些主調(diào)節(jié)器可能是最早在古代拱形進(jìn)化過程中適應(yīng)的基因，并且可以獲得新的能力來制造當(dāng)今復(fù)雜的羽毛。“有趣的是，這些表型中的一些類似于羽毛恐龍化石中發(fā)現(xiàn)的不尋常的絲狀附屬物。”

受到“飛龍”的啟發(fā)，吳平想要挑戰(zhàn)鱷魚皮以形成羽毛。通過強(qiáng)制表達(dá)sprouty和beta-catenin，他們發(fā)現(xiàn)有助于將雞鱗轉(zhuǎn)化為羽毛的基因，它們能夠在鱷魚胚胎皮膚中形成細(xì)長(zhǎng)的鱗片。

該研究顯著增加了已知在鳥類中誘導(dǎo)羽狀結(jié)構(gòu)的基因和分子的增長(zhǎng)列表，并在鱷魚中建立了一個(gè)強(qiáng)大的新系統(tǒng)，以測(cè)試和進(jìn)一步探索飛行的演變。