Bhart-Anjan Bhullar
Skallen på ett kycklingembryo som är redo att kläckas har vanligtvis en näbb (till vänster), men när vissa proteiner blockeras (i mitten) utvecklas en reptilliknande ”snut” från två ben, ungefär som en modern alligator (till höger).
Biologer har skapat kycklingembryon med dinosaurieliknande ansikten genom att mixtra med de molekyler som bygger fåglarnas näbbar.
Forskningen, vars detaljer publiceras i dag i Evolution1, syftar inte till att skapa flockar av hybridhöns eller att återuppliva dinosaurier, säger Bhart-Anjan Bhullar, en paleontolog som numera är verksam vid University of Chicago i Illinois och som lett arbetet. ”Vi kommer aldrig att gå tillbaka till den riktiga dinohönan eller vad det nu är.” Han säger att teamet snarare vill fastställa hur nosar kan ha förvandlats till näbbar när dinosaurier utvecklades till fåglar för mer än 150 miljoner år sedan.
Övergången från dinosaurier till fåglar var stökig – inga specifika anatomiska kännetecken skiljde de första fåglarna från deras köttätande dinosaurieföregångare. Men i de tidiga skedena av fågelutvecklingen blev de tvillingben som bildade nosen hos dinosaurier och reptiler – som kallas premaxilla – längre och sammanfogades för att ge upphov till det som nu är näbben. ”Istället för två små ben på sidorna av nosen, som alla andra ryggradsdjur, smälte den samman till en enda struktur”, säger Bhullar.
Ansiktsrekonstruktion
För att bättre förstå hur dessa ben kan ha smält samman analyserade en grupp under ledning av Bhullar och Arhat Abzhanov, en evolutionsbiolog vid Harvard University i Cambridge, Massachusetts, den embryonala utvecklingen av näbbar hos kycklingar och emus, och av nosar hos alligatorer, ödlor och sköldpaddor. De resonerade att reptilernas och dinosauriernas nosar utvecklas från premaxilla på ett liknande sätt, och att de utvecklingsvägar som bildar nosen förändrades under fåglarnas evolution.
Gruppen fann att två proteiner som är kända för att orkestrera utvecklingen av ansiktet, FGF och Wnt, uttrycktes på olika sätt i fågel- och reptilembryon. Hos reptiler var proteinerna aktiva i två små områden i den del av embryot som förvandlas till ansiktet. Hos fåglar däremot uttrycktes båda proteinerna i ett stort band över samma område i embryot. Bhullar ser resultatet som ett preliminärt bevis för att förändrad FGF- och Wnt-aktivitet bidrog till utvecklingen av näbben.
För att testa denna idé tillsatte teamet biokemikalier för att blockera aktiviteten hos båda proteinerna i dussintals kycklingägg under utveckling. Forskarna kläckte faktiskt inte äggen, säger Bhullar, eftersom de inte skrev in det steget i sitt godkända forskningsprotokoll. I stället kunde de urskilja skillnader i ansiktena på de kläckningsklara kycklingarna, som såg subtilt annorlunda ut än kycklingar utan att deras proteiner hämmades. De förändrade kycklingarna hade fortfarande en hudlapp över sina blivande näbbar, så skillnaden är inte uppenbar, säger Bhullar. ”Om man tittar på de här djuren utifrån skulle man fortfarande tro att det är en näbb. Men om man såg skelettet skulle man bara bli väldigt förvirrad”, säger han. ”Jag skulle inte säga att vi gav fåglar nosar.”
I vissa embryon var premaxillerna delvis sammansmälta, medan de två benen i andra var distinkta och mycket kortare; en del av de förändrade embryona såg inte så annorlunda ut än hos vanliga kycklingar. Teamet skapade digitala modeller av deras skallar med en datortomograf och fann att vissa av dessa mer liknade benen hos tidiga fåglar som Archaeopteryx och dinosaurier som Velociraptor, än hos oförändrade kycklingar.
”Väldigt häftigt”, säger Clifford Tabin, utvecklingsbiolog vid Harvard Medical School i Boston, Massachusetts. Han anser att Bhullars team gör ett starkt argument för att förändrat uttryck av FGF och Wnt formade fågelns näbb. Att identifiera de ansvariga genetiska förändringarna kommer dock att visa sig vara mycket svårare. De kan ligga i de gener som kodar för FGF och Wnt, eller i gener i relaterade biokemiska vägar, eller i ”reglerande” DNA som påverkar genuttrycket. Om dessa förändringar kunde identifieras skulle det kunna vara möjligt att ändra kycklinggenom så att de inkluderas (och, omvänt, att göra reptiler mer fågelliknande genom att redigera genomet).
Jack Horner, paleontolog vid Montana State University i Bozeman, hoppas kunna använda ett genetiskt tillvägagångssätt för att ge kycklingar dinosaurieliknande svansar. I en artikel som publicerades förra året2 identifierade hans grupp mutationer som kan vara inblandade i svansens försvinnande hos moderna fåglar. Men det har visat sig vara svårt att tillämpa dessa insikter för att konstruera ”dinohöns”, säger han. ”Vi har lite mer problem med svansen. Det finns så många komponenter.” Andra anatomiska egenskaper skulle kunna ändras genom att mixtra med utvecklingsproteiner, tillägger Horner. ”Det ger oss många möjligheter att tänka på att skapa nya typer av djur.”
Bhullar säger att han beundrar Horners vision, men att han är mer intresserad av att spela upp evolutionen för att avslöja hur den skapar nya former. Hans labb planerar att studera expansionen av däggdjursskallen och krokodilernas ovanliga nedre lemmar genom att återuppliva gammal anatomi. ”Jag tror att det kommer att öppna ett så stort fönster som möjligt in i det djupa förflutna utan att ha en tidsmaskin”, säger han.