Bhart-Anjan Bhullar
Kuoriutumisvalmiin kanan alkion kallossa on tavallisesti nokka (vasen), mutta kun tietyt proteiinit estetään (keskellä), siitä kehittyy kahdesta luusta matelijamainen ”kuono”, pikemminkin kuin nykyaikaisesta alligaattorista (oikea).
Biologit ovat luoneet kanan alkioita, joilla on dinosauruksen kaltaiset kasvot, peukaloimalla molekyylejä, jotka rakentavat lintujen nokkia.
Tutkimuksen, jonka yksityiskohdat julkaistaan tänään Evolution1-lehdessä, tarkoituksena ei ole luoda hybridi-”dino-kanojen” parvia tai herättää dinosauruksia henkiin, sanoo Bhart-Anjan Bhullar, nykyisin Chicagon yliopistossa Illinoisin osavaltiossa työskentelevä kolmiosaisen palatologin tutkijat. ”Emme koskaan palaa takaisin varsinaiseen dino-kanaan tai mikä se sitten onkaan.” Hänen mukaansa ryhmä haluaa pikemminkin selvittää, miten kuonot ovat saattaneet muuttua nokiksi dinosaurusten kehittyessä linnuiksi yli 150 miljoonaa vuotta sitten.
Siirtyminen dinosauruksista linnuiksi oli sotkuista – mitkään erityiset anatomiset piirteet eivät erottaneet ensimmäisiä lintuja lihaa syövistä dinosaurusten esi-isistään. Mutta lintujen evoluution alkuvaiheessa dinosaurusten ja matelijoiden kuonon muodostaneet kaksoisluut – joita kutsutaan premaxillaksi – pitenivät ja yhdistyivät toisiinsa muodostaen nykyisen nokan. ”Sen sijaan, että kuonon sivuilla olisi ollut kaksi pientä luuta, kuten kaikilla muilla selkärankaisilla, se sulautui yhdeksi rakenteeksi”, Bhullar sanoo.
Kasvojen rekonstruktio
Ymmärtääkseen paremmin, miten nämä luut saattoivat sulautua yhteen, Bhullarin ja Massachusettsin Cambridgessa sijaitsevan Harvardin yliopiston evoluutiobiologin Arhat Abzhanovin johtama ryhmä analysoi kanojen ja emujen nokkien sekä alligaattoreiden, liskojen ja kilpikonnien kuonojen alkionkehitystä. He päättelivät, että matelijoiden ja dinosaurusten kuonot kehittyvät premaxillasta samalla tavalla ja että kuonon muodostavat kehityspolut muuttuivat lintujen evoluution aikana.
Työryhmä havaitsi, että kaksi kasvojen kehitystä organisoivaksi tunnettua proteiinia, FGF ja Wnt, ilmentyivät eri tavoin lintujen ja matelijoiden alkioissa. Matelijoilla proteiinit olivat aktiivisia kahdella pienellä alueella siinä alkion osassa, joka muuttuu kasvoiksi. Linnuissa sen sijaan molemmat proteiinit ilmentyivät suurena kaistaleena samalla alueella alkiossa. Bhullar pitää tulosta alustavana todisteena siitä, että muuttunut FGF- ja Wnt-aktiivisuus vaikutti osaltaan nokan evoluutioon.
Testaamaan tätä ajatusta työryhmä lisäsi biokemikaaleja estämään molempien proteiinien aktiivisuutta kymmeniin kehittyviin kananmuniin. Tutkijat eivät varsinaisesti kuoriutuneet munista, Bhullar sanoo, koska he eivät kirjoittaneet tätä vaihetta hyväksyttyyn tutkimusprotokollaansa. Sen sijaan he havaitsivat eroja kuoriutumisvalmiiden poikasten kasvoissa, jotka näyttivät hieman erilaisilta kuin poikaset, joiden proteiineja ei ollut estetty. Muutetuilla poikasilla oli edelleen iholäppä niiden nokan päällä, joten ero ei ole ilmeinen, Bhullar sanoo. ”Kun näitä eläimiä katsoo ulkoisesti, voisi edelleen luulla, että kyseessä on nokka. Mutta jos näkisit luurangon, olisit hyvin hämmentynyt”, hän sanoo. ”En sanoisi, että annoimme linnuille kuonon.”
Joidenkin alkioiden premaxillat olivat osittain sulautuneet yhteen, kun taas toisissa nämä kaksi luuta olivat erilliset ja paljon lyhyemmät; jotkut muutetut alkiot eivät näyttäneet kovinkaan erilaisilta kuin tavallisten kanojen alkiot. Ryhmä loi digitaalisia malleja niiden kalloista tietokonetomografiakuvaajalla ja havaitsi, että jotkin niistä muistuttivat enemmän varhaisten lintujen, kuten Archaeopteryxin, ja dinosaurusten, kuten Velociraptorin, luita kuin muokkaamattomien kanojen luita.
”Erittäin siistiä”, sanoo Clifford Tabin, kehitysbiologi Harvardin lääketieteellisestä tiedekunnasta Bostonissa Massachusettsin osavaltiossa. Hänen mielestään Bhullarin ryhmä esittää vahvat perusteet sille, että FGF:n ja Wnt:n muuttunut ilmentyminen muokkasi linnun nokan. Aiheuttavien geneettisten muutosten tunnistaminen osoittautuu kuitenkin paljon vaikeammaksi. Ne voivat olla FGF:ää ja Wnt:tä koodaavissa geeneissä, niihin liittyvien biokemiallisten reittien geeneissä tai geenien ilmentymiseen vaikuttavassa ”säätely-DNA:ssa”. Jos nämä muutokset pystyttäisiin tunnistamaan, voisi olla mahdollista muokata kanojen genomia siten, että ne sisältäisivät ne (ja päinvastoin tehdä matelijoista linnun kaltaisempia genomin muokkauksen avulla).
Jack Horner, paleontologi Montanan osavaltion yliopistossa Bozemanissa, toivoo voivansa käyttää geneettistä lähestymistapaa, jotta kanoille voitaisiin antaa dinosaurusten kaltaiset hännät. Viime vuonna julkaistussa artikkelissa2 hänen ryhmänsä tunnisti mutaatioita, jotka saattavat olla osallisena pyrstön katoamiseen nykylinnuilta. Hänen mukaansa näiden oivallusten soveltaminen ”dino-kanojen” suunnitteluun on kuitenkin osoittautunut vaikeaksi. ”Meillä on hieman enemmän ongelmia pyrstön kanssa. Siinä on niin paljon osia.” Muitakin anatomisia piirteitä voitaisiin muuttaa muokkaamalla kehitysproteiineja, Horner lisää. ”Se antaa meille paljon mahdollisuuksia miettiä uudenlaisten eläinten luomista.”
Bhullar sanoo ihailevansa Hornerin näkemystä, mutta häntä kiinnostaa enemmän evoluution toistaminen ja sen paljastaminen, miten se luo uusia muotoja. Hänen laboratorionsa aikoo tutkia nisäkkäiden kallon laajenemista ja krokotiilien epätavallisia alaraajoja herättämällä henkiin muinaisen anatomian. ”Uskon, että se avaa niin suuren ikkunan syvälle menneisyyteen kuin mahdollista ilman aikakonetta”, hän sanoo.