Bhart-Anjan Bhullar
Lebka kuřecího embrya připraveného k vylíhnutí má obvykle zobák (vlevo), ale po zablokování určitých proteinů (uprostřed) se ze dvou kostí vyvine plazí „čumák“, podobný spíše modernímu aligátorovi (vpravo).
Biologové vytvořili kuřecí embrya s tvářemi podobnými dinosaurům tím, že si pohráli s molekulami, z nichž se u ptáků staví zobák.
Cílem výzkumu, jehož podrobnosti byly dnes zveřejněny v časopise Evolution1, není vytvořit hejna hybridních „dinosauřích kuřat“ ani vzkřísit dinosaury, říká Bhart-Anjan Bhullar, paleontolog, který nyní působí na Chicagské univerzitě v Illinois a který práci spoluvedl. „Nikdy se nevrátíme ke skutečným dinoslepicím, nebo co to vlastně je.“ Spíše chce podle něj tým zjistit, jak se čenichy mohly změnit v zobáky, když se dinosauři před více než 150 miliony let vyvíjeli v ptáky.
Přechod od dinosaurů k ptákům byl chaotický – žádné specifické anatomické znaky neodlišovaly první ptáky od jejich masožravých dinosauřích předků. V raných fázích vývoje ptáků se však dvojče kostí, které u dinosaurů a plazů tvořilo čenich – nazývané premaxilla -, prodloužilo a spojilo dohromady, čímž vznikl dnešní zobák. „Místo dvou malých kůstek po stranách čenichu, jako u všech ostatních obratlovců, došlo ke spojení do jediné struktury,“ říká Bhullar.
Rekonstrukce obličeje
Aby tým vedený Bhullarem a Arhatem Abžanovem, evolučním biologem z Harvardovy univerzity v Cambridge ve státě Massachusetts, lépe pochopil, jak mohly tyto kosti splynout, analyzoval embryonální vývoj zobáků u kuřat a emu a čenichů u aligátorů, ještěrek a želv. Vycházeli z toho, že čenichy plazů a dinosaurů se vyvíjejí z premaxily podobným způsobem a že vývojové cesty, které formují čenich, byly v průběhu evoluce ptáků změněny.
Tým zjistil, že dva proteiny, o nichž je známo, že řídí vývoj obličeje, FGF a Wnt, jsou u embryí ptáků a plazů exprimovány odlišně. U plazů byly tyto proteiny aktivní ve dvou malých oblastech v části embrya, která se mění v obličej. Naproti tomu u ptáků byly oba proteiny exprimovány ve velkém pásu ve stejné oblasti embrya. Bhullar považuje tento výsledek za předběžný důkaz, že k evoluci zobáku přispěla změněná aktivita FGF a Wnt.
Pro ověření této myšlenky tým přidal biochemické látky, které blokovaly aktivitu obou proteinů v desítkách vyvíjejících se slepičích vajec. Vědci vejce ve skutečnosti nelíhli, říká Bhullar, protože tento krok nezapsali do schváleného výzkumného protokolu. Místo toho rozeznali rozdíly ve tvářích kuřat připravených k vylíhnutí, která vypadala jemně odlišně od kuřat bez inhibice jejich proteinů. Upravená kuřata měla stále kožní lalok nad svým rádoby zobákem, takže rozdíl není zřejmý, říká Bhullar. „Při vnějším pohledu na tato zvířata byste si stále mysleli, že jde o zobák. Ale kdybyste viděli kostru, byli byste jen velmi zmatení,“ říká. „Neřekl bych, že jsme ptákům dali čenichy.“
U některých embryí byly premaxily částečně srostlé, zatímco u jiných byly obě kosti zřetelné a mnohem kratší; některá z pozměněných embryí nevypadala až tak odlišně od embryí běžných kuřat. Tým vytvořil digitální modely jejich lebek pomocí počítačového tomografu a zjistil, že některé z nich se více podobají kostem raných ptáků, jako je Archaeopteryx, a dinosaurů, jako je Velociraptor, než nezměněným kuřatům.
„Velmi dobré,“ říká Clifford Tabin, vývojový biolog z Harvard Medical School v Bostonu ve státě Massachusetts. Domnívá se, že Bhullarův tým předkládá pádné důkazy o tom, že změněná exprese FGF a Wnt formovala ptačí zobák. Identifikace odpovědných genetických změn však bude mnohem obtížnější. Mohly by spočívat v genech kódujících FGF a Wnt, v genech v souvisejících biochemických drahách nebo v „regulační“ DNA, která ovlivňuje genovou expresi. Pokud by se tyto změny podařilo identifikovat, bylo by možné upravit kuřecí genom tak, aby je obsahoval (a naopak, aby se plazi podobali ptákům pomocí editace genomu).
Jack Horner, paleontolog z Montana State University v Bozemanu, doufá, že se mu podaří využít genetický přístup k tomu, aby kuřata získala ocasy podobné dinosaurům. V práci publikované v loňském roce2 jeho tým identifikoval mutace, které se potenciálně podílejí na vymizení ocasu u moderních ptáků. Říká však, že uplatnění těchto poznatků při konstrukci „dinoslepic“ se ukázalo jako obtížné. „S ocasem máme trochu větší potíže. Je v něm tolik komponentů.“ Horner dodává, že další anatomické rysy by mohly být změněny úpravou vývojových proteinů. „Dává nám to spoustu možností, jak přemýšlet o vytváření nových druhů živočichů.“
Bhullar říká, že obdivuje Hornerovu vizi, ale více ho zajímá přehrávání evoluce, aby odhalil, jak vytváří nové formy. Jeho laboratoř plánuje studovat rozšíření lebky savců a neobvyklé dolní končetiny krokodýlů tím, že vzkřísí dávnou anatomii. „Myslím, že to otevře tak velké okno do hluboké minulosti, jaké je možné získat, aniž byste měli stroj času,“ říká.