‚Dino-Hühner‘ zeigen, wie der Schnabel entstand

Bhart-Anjan Bhullar

Der Schädel eines schlüpfbereiten Hühnerembryos hat normalerweise einen Schnabel (links), aber wenn bestimmte Proteine blockiert werden (Mitte), entwickelt sich aus zwei Knochen eine reptilienartige ‚Schnauze‘, ähnlich wie bei einem modernen Alligator (rechts).

Biologen haben Hühnerembryonen mit dinosaurierähnlichen Gesichtern geschaffen, indem sie an den Molekülen herumgebastelt haben, die die Schnäbel der Vögel bilden.

Die Forschung, deren Einzelheiten heute in Evolution1 veröffentlicht werden, zielt nicht darauf ab, Herden von hybriden „Dino-Hühnern“ zu züchten oder Dinosaurier wieder auferstehen zu lassen, sagt Bhart-Anjan Bhullar, ein Paläontologe, der jetzt an der Universität von Chicago in Illinois arbeitet und die Arbeit mit geleitet hat. „Wir werden niemals zum eigentlichen Dino-Huhn oder was auch immer es ist, zurückkehren“. Vielmehr will das Team herausfinden, wie sich die Schnauzen in Schnäbel verwandelt haben könnten, als sich die Dinosaurier vor mehr als 150 Millionen Jahren zu Vögeln entwickelten.

Der Übergang vom Dinosaurier zum Vogel war chaotisch – keine spezifischen anatomischen Merkmale unterschieden die ersten Vögel von ihren fleischfressenden Dinosauriervorfahren. Aber in den frühen Stadien der Vogelentwicklung wurden die Zwillingsknochen, die bei Dinosauriern und Reptilien die Schnauze bildeten – die so genannte Prämaxilla -, länger und verbanden sich zu dem, was heute der Schnabel ist. „Anstelle von zwei kleinen Knochen an den Seiten der Schnauze, wie bei allen anderen Wirbeltieren, wurde sie zu einer einzigen Struktur verschmolzen“, sagt Bhullar.

Gesichtsrekonstruktion

Um besser zu verstehen, wie diese Knochen verschmolzen sein könnten, analysierte ein Team unter der Leitung von Bhullar und Arhat Abzhanov, einem Evolutionsbiologen an der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, die embryonale Entwicklung von Schnäbeln bei Hühnern und Emus sowie von Schnauzen bei Alligatoren, Eidechsen und Schildkröten. Sie schlossen daraus, dass sich die Schnauzen von Reptilien und Dinosauriern auf ähnliche Weise aus der Prämaxilla entwickeln und dass die Entwicklungswege, die die Schnauze formen, im Laufe der Evolution der Vögel verändert wurden.

Das Team fand heraus, dass zwei Proteine, von denen bekannt ist, dass sie die Entwicklung des Gesichts steuern, FGF und Wnt, in Vogel- und Reptilienembryonen unterschiedlich exprimiert wurden. Bei Reptilien waren die Proteine in zwei kleinen Bereichen in dem Teil des Embryos aktiv, aus dem sich das Gesicht entwickelt. Bei Vögeln hingegen wurden beide Proteine in einem großen Band in der gleichen Region des Embryos exprimiert. Bhullar sieht das Ergebnis als vorläufigen Beweis dafür, dass eine veränderte FGF- und Wnt-Aktivität zur Evolution des Schnabels beigetragen hat.

Um diese Idee zu testen, fügte das Team Biochemikalien hinzu, um die Aktivität beider Proteine in Dutzenden von sich entwickelnden Hühnereiern zu blockieren. Die Forscher haben die Eier nicht wirklich ausgebrütet, sagt Bhullar, weil sie diesen Schritt nicht in ihr genehmigtes Forschungsprotokoll aufgenommen hatten. Stattdessen entdeckten sie Unterschiede in den Gesichtern der schlüpfbereiten Küken, die sich von den Küken ohne die gehemmten Proteine deutlich unterschieden. Die veränderten Küken hatten immer noch einen Hautlappen über ihren vermeintlichen Schnäbeln, so dass der Unterschied nicht offensichtlich ist, sagt Bhullar. „Wenn man diese Tiere von außen betrachtet, würde man immer noch denken, dass es ein Schnabel ist. Aber wenn man das Skelett sieht, wäre man sehr verwirrt“, sagt er. „Ich würde nicht sagen, dass wir den Vögeln eine Schnauze gegeben haben.“

Bei einigen Embryonen waren die Prämaxillen teilweise verschmolzen, während bei anderen die beiden Knochen deutlich voneinander getrennt und viel kürzer waren; einige der veränderten Embryonen unterschieden sich nicht so sehr von denen normaler Hühner. Das Team erstellte mit einem Computertomographen digitale Modelle ihrer Schädel und stellte fest, dass einige von ihnen den Knochen von frühen Vögeln wie dem Archaeopteryx und Dinosauriern wie dem Velociraptor ähnlicher waren als unveränderten Hühnern.

„Sehr cool“, sagt Clifford Tabin, ein Entwicklungsbiologe an der Harvard Medical School in Boston, Massachusetts. Er ist der Meinung, dass das Team von Bhullar überzeugend darlegt, dass eine veränderte Expression von FGF und Wnt den Schnabel des Vogels geformt hat. Die verantwortlichen genetischen Veränderungen zu identifizieren, wird sich jedoch als wesentlich schwieriger erweisen. Sie könnten in den Genen liegen, die für FGF und Wnt kodieren, oder in Genen in verwandten biochemischen Stoffwechselwegen, oder in der „regulatorischen“ DNA, die die Genexpression beeinflusst. Wenn diese Veränderungen identifiziert werden könnten, wäre es möglich, das Hühnergenom so zu verändern, dass es sie enthält (und umgekehrt Reptilien durch Genom-Editierung vogelähnlicher zu machen).

Jack Horner, Paläontologe an der Montana State University in Bozeman, hofft, Hühner auf genetischem Wege mit dinosaurierähnlichen Schwänzen auszustatten. In einer im letzten Jahr veröffentlichten Arbeit2 identifizierte sein Team Mutationen, die möglicherweise am Verschwinden des Schwanzes bei modernen Vögeln beteiligt sind. Die Anwendung dieser Erkenntnisse auf die Entwicklung von „Dino-Hühnern“ hat sich jedoch als schwierig erwiesen, sagt er. „Mit dem Schwanz haben wir etwas mehr Schwierigkeiten. Er besteht aus so vielen Komponenten“. Andere anatomische Merkmale könnten durch die Veränderung von Entwicklungsproteinen verändert werden, fügt Horner hinzu. „

Bhullar sagt, er bewundere Horners Vision, aber er sei mehr daran interessiert, die Evolution nachzuspielen, um herauszufinden, wie sie neue Formen hervorbringt. Sein Labor plant, die Ausdehnung des Säugetierschädels und die ungewöhnlichen unteren Gliedmaßen von Krokodilen zu untersuchen, indem es die alte Anatomie wieder aufleben lässt. „Ich denke, das wird ein möglichst großes Fenster in die tiefe Vergangenheit öffnen, ohne dass man eine Zeitmaschine braucht“, sagt er.