Перья — одни из самых сложных кожных элементов в мире животных. Несмотря на то, что их эволюционное происхождение широко обсуждается, палеонтологические находки и исследования биологии развития позволяют предположить, что перья развились из простых структур, известных как протоперья. Протоперья состояли из одной трубчатой нити и появились около 200 миллионов лет назад у некоторых динозавров. Палеонтологи продолжают обсуждать возможность их еще более раннего появления у общего предка динозавров и птерозавров около 240 миллионов лет назад.
Протоперья – это простые цилиндрические нити. В отличие от современных перьев, протоперья не имеют крючков, бородки и фолликула — углубления в основании перьев. Возникновение протоперьев, вероятно, стало первым важным этапом в эволюции перьев, которые сначала выполняли функцию теплоизоляции и служили украшением. В процессе естественного отбора они постепенно менялись и привели к появлению более сложных структур, обеспечивающих полет.
Лаборатория профессора Мишеля Милинковича, работающего на кафедре генетики и эволюции факультета естественных наук. изучает Функцию коммуникационных сетей, работающих на уровне молекул и обеспечивающих обмен информацией в клетках и между клетками, выполняют молекулярные сигнальные пути. Sonic Hedgehog В развитии эмбриона у современных позвоночных встречаются чешуя, шерсть и перья. В предыдущем исследовании швейцарские ученые стимулировали этот путь, введя активирующую молекулу в кровеносные сосуды куриных эмбрионов, и наблюдали полное и окончательное превращение чешуек в перья на ногах птицы.
«Из-за значимости пути Shh для развития перьев мы попытались понять, что происходит при его подавлении», — говорит Рори Купер, соавтор исследования. Введя молекулу, блокирующую сигнальный путь Shh, на 9-й день эмбрионального развития — прямо перед появлением зачатков перьев на крыльях — исследователи заметили образование неразветвленных и неинвагинированных структур, напоминающих предполагаемые ранние стадии протоперьев.
С 14-го дня эмбрионального развития морфогенез перьев частично восстановился. Хотя цыплята вылупились с участками голой кожи, дремлющие подкожные фолликулы автономно активизировались, в результате чего у них сформировалось нормальное оперение.
Наши эксперименты демонстрируют: нарушение развития чешуек на лапах может навсегда превратить их в перья, а вот нарушить развитие самих перьев гораздо сложнее — утверждает Мишель Милинкович. В процессе эволюции сеть взаимодействующих генов стала чрезвычайно надежной, обеспечивая правильное развитие перьев даже при существенных генетических или экологических изменениях. Сейчас главная задача — выяснить, как генетические взаимодействия приводят к появлению таких морфологических изменений, как протоперья. опубликована в журнале PLOS Biology.
[Фото: © Rory Cooper & Michel Milinkovitch (CC BY)]