Bhart-Anjan Bhullar
Czaszka zarodka kurczaka gotowego do wyklucia zwykle ma dziób (po lewej), ale kiedy pewne białka są zablokowane (w środku) rozwija reptiliański 'pysk’ z dwóch kości, raczej jak współczesny aligator (po prawej).
Biolodzy stworzyli embriony kurczaków z twarzami podobnymi do dinozaurów, majstrując przy cząsteczkach budujących dzioby ptaków.
Badania, których szczegóły opublikowano dziś w Evolution1, nie mają na celu stworzenia stad hybrydowych „dino-kurczaków” ani wskrzeszenia dinozaurów, mówi Bhart-Anjan Bhullar, paleontolog pracujący obecnie na Uniwersytecie Chicago w Illinois, który współkierował pracami. „Nigdy nie wracamy do rzeczywistego dino-kurczaka czy cokolwiek to jest”. Raczej, jak mówi, zespół chce ustalić, jak pyski mogły przekształcić się w dzioby, gdy dinozaury ewoluowały w ptaki ponad 150 milionów lat temu.
Przejście od dinozaura do ptaka było niechlujne – żadne konkretne cechy anatomiczne nie odróżniały pierwszych ptaków od ich mięsożernych przodków dinozaurów. Ale na wczesnych etapach ewolucji ptaków, bliźniacze kości, które tworzyły pysk u dinozaurów i gadów – zwane premaxilla – wydłużyły się i połączyły, aby wytworzyć to, co jest teraz dziobem. „Zamiast dwóch małych kości po bokach pyska, jak u wszystkich innych kręgowców, został on połączony w jedną strukturę” – mówi Bhullar.
Rekonstrukcja twarzy
Aby lepiej zrozumieć, jak te kości mogły się połączyć, zespół kierowany przez Bhullara i Arhata Abzhanova, biologa ewolucyjnego na Uniwersytecie Harvarda w Cambridge, Massachusetts, przeanalizował rozwój embrionalny dziobów u kurczaków i emusów oraz pysków u aligatorów, jaszczurek i żółwi. Wywnioskowali, że ryje gadów i dinozaurów rozwijają się z przedszczęki w podobny sposób i że ścieżki rozwoju, które tworzą ryj, zostały zmienione w trakcie ewolucji ptaków.
Zespół odkrył, że dwa białka znane z orkiestracji rozwoju twarzy, FGF i Wnt, były wyrażane inaczej w embrionach ptaków i gadów. U gadów białka te były aktywne w dwóch małych obszarach w części embrionu, która przekształca się w twarz. U ptaków, dla kontrastu, oba białka były wyrażane w dużym paśmie w tym samym regionie zarodka. Bhullar widzi wynik jako wstępny dowód, że zmieniona aktywność FGF i Wnt przyczyniła się do ewolucji dzioba.
Aby przetestować ten pomysł, zespół dodał biochemikalia, aby zablokować aktywność obu białek w dziesiątkach rozwijających się jaj kurzych. Badacze nie wykluwali jaj, mówi Bhullar, ponieważ nie wpisali tego kroku do zatwierdzonego protokołu badań. Zamiast tego dostrzegli różnice w twarzach gotowych do wyklucia piskląt, które wyglądały subtelnie inaczej niż pisklęta bez zahamowanych białek. Zmienione pisklęta nadal miały płat skóry nad swoimi niedoszłymi dziobami, więc różnica nie jest oczywista, mówi Bhullar. „Patrząc na te zwierzęta zewnętrznie, nadal można by pomyśleć, że to dziób. Ale gdybyś zobaczył szkielet, byłbyś po prostu bardzo zdezorientowany” – mówi. „Nie powiedziałbym, że daliśmy ptakom ryjki.”
W niektórych embrionach kości przedszczękowe były częściowo połączone, podczas gdy w innych obie kości były odrębne i znacznie krótsze; niektóre ze zmienionych embrionów nie wyglądały wcale tak różnie od tych zwykłych kurczaków. Zespół stworzył cyfrowe modele ich czaszek za pomocą tomografu komputerowego i stwierdził, że niektóre z nich bardziej przypominały kości wczesnych ptaków, takich jak Archaeopteryx i dinozaurów, takich jak Velociraptor, niż niezmodyfikowane kurczaki.
„Bardzo fajne”, mówi Clifford Tabin, biolog rozwojowy z Harvard Medical School w Bostonie, Massachusetts. Uważa on, że zespół Bhullara przedstawia mocny argument za tym, że zmieniona ekspresja FGF i Wnt ukształtowała dziób ptaka. Zidentyfikowanie odpowiedzialnych za to zmian genetycznych okaże się jednak znacznie trudniejsze. Mogą one leżeć w genach kodujących FGF i Wnt, w genach powiązanych szlaków biochemicznych lub w „regulacyjnym” DNA, które wpływa na ekspresję genów. Gdyby udało się zidentyfikować te zmiany, możliwe byłoby zmodyfikowanie genomów kurczaków tak, by je zawierały (i odwrotnie, uczynienie gadów bardziej podobnymi do ptaków poprzez edycję genomu).
Jack Horner, paleontolog z Montana State University w Bozeman, ma nadzieję na genetyczne podejście do nasycenia kurczaków ogonami podobnymi do dinozaurów. W opublikowanej w zeszłym roku pracy2 jego zespół zidentyfikował mutacje potencjalnie odpowiedzialne za zanik ogona u współczesnych ptaków. Ale zastosowanie tych spostrzeżeń do inżynierii „dino-kurczaków” okazało się trudne, mówi. „Z ogonem mamy trochę więcej kłopotów. Jest tam tak wiele elementów”. Inne cechy anatomiczne mogłyby zostać zmienione poprzez majstrowanie przy białkach rozwojowych, dodaje Horner. „To daje nam wiele możliwości myślenia o tworzeniu nowych rodzajów zwierząt.”
Bhullar mówi, że podziwia wizję Hornera, ale jest bardziej zainteresowany odtwarzaniem ewolucji, aby ujawnić, jak tworzy ona nowe formy. Jego laboratorium planuje zbadać ekspansję czaszki ssaków i niezwykłe kończyny dolne krokodyli poprzez wskrzeszenie starożytnej anatomii. „Myślę, że to otworzy tak duże okno, jak to tylko możliwe, aby dostać się do głębokiej przeszłości bez posiadania wehikułu czasu” – mówi.