Jeśli zdziwił Cię tytuł artykułu, wiesz, że współczesne ptaki są potomkami prymitywnych gadów (z grubsza mówiąc). Wiadomo, że genetyka tych zwierząt była modyfikowana przez tysiące lat, tak że łuski stopniowo zamieniały się w pióra. W rzeczywistości aligatory mają tę szczególną cechę, że posiadają te mechanizmy rozwoju upierzenia. Jak więc są pokryte łuskami?
Ewolucja to jedna z tych dziedzin nauki, która jest równie zaawansowana, co enigmatyczna, która rozwija się wraz z poszerzaniem wiedzy o genetyce, ale z kolei przynosi więcej pytań niż odpowiedzi. Przyjrzyjmy się szczegółowo temu pytaniu.
Jak łuski stały się piórami?
Pierwszą kwestią, którą należy podsumować, jest to, jak przez tysiąclecia łuski niektórych gadów zamieniły się w pióra. Ewolucyjna biologia rozwojowa odkryła już w XX wieku, że istnieją mechanizmy biochemiczne aktywowane przez sygnały genetyczne, które przekształcają pióra w łuski i odwrotnie. Dzięki nim ptaki mają pióra na ciele i łuski na łapach.
W artykule z 2018 roku ujawniono, że oprócz cząsteczek, o których wiadomo, że indukują łuski (kwas retinowy, β-katenina), istnieją inne konwertery pierza w łuskę. Nazwali te ostatnie Sox2, Zic1, Grem1, Spry2 i Sox18 i indukują jeden lub więcej modułów regulacyjnych, które kierują tymi zdarzeniami morfogenetycznymi.
Te pięć modułów prowadzi do pączkowania i wydłużania łusek, rozgałęziania ich i przekształcania w pióra.Każdy z nich odpowiada za inny proces i działa w innych momentach treningu. W ten sposób rezultatem jest pióro, a nie ostre łuski, skóra przypominająca pióro lub kolce.
Wymuszanie rozwoju piór u aligatora
Mechanizmy genetyczne, które umożliwiają działanie czynników chemicznych przekształcających pióra, poprzedzają pojawienie się samych struktur piór. Zostało to potwierdzone w przypadku aligatorów i krokodyli, żywych skamieniałości, które mają te mechanizmy konwersji, chociaż nigdy nie pokazują piór. Dlaczego więc nie są nimi pokryte?
Wiele skamielin dinozaurów przedstawia protopióra, struktury przejściowe między łuskami a piórami, które znamy dzisiaj.
Naukowcy, którzy napisali powyższy artykuł, postanowili zmodyfikować łuski zarodków aligatora, aby zamienić je w pióra, i im się to udało. Zobaczmy, jak to zrobili.
Procedura, aby aligator miał pióra
Wysuwając hipotezę, że łuski mogą zostać zamienione w pióra przez odpowiednie sygnały molekularne, naukowcy włączali i wyłączali odpowiednie kanały molekularne podczas rozwoju embrionalnego. Wprowadzając geny związane z piórami kurcząt do jaj aligatora, aktywowali bardzo starożytne mechanizmy (mówiąc ewolucyjnie), które umożliwiły tę konwersję.
Pięć kryteriów wymienionych w badaniu (Sox2, Zic1, Grem1, Spry2 i Sox18) musiało zostać aktywowanych w różnych momentach rozwoju embrionalnego skóry. Wymuszając ekspresję pozostałych dwóch, już znanych (kwasu retinowego i β-kateniny), udało im się sprawić, że aligatory rozwinęły wydłużone łuski, prekursory piór.
Płatki i pióra
Jak wykazały badania, łuski aligatora nie zamieniają się w pióra, jak włącznik, ale obie struktury są skrajnościami tego samego spektrum. W obrębie tej linii znajdują się protopióra, piknowłókna, zrogowaciałe pióra i inne.
W celu uformowania piór typowych dla latających ptaków, skóra właściwa i naskórek muszą „komunikować się” ze sobą. Dzieje się tak, ponieważ sygnały chemiczne pochodzą ze skóry właściwej, a naskórek musi je odbierać. W tym złożonym procesie pośredniczy 5 czynników molekularnych wymienionych w artykule.
Jak widać jest to proces bardzo złożony, gdyż wymaga synchronizacji sygnałów genetycznych, określonych momentów rozwoju embrionalnego oraz obecności mechanizmów regulacyjnych. Jeśli wszystko pójdzie tak, jak powinno, aligatory mogą mieć pióra, po prostu proces formowania piór nie zachodzi naturalnie w ten sposób.
Postępy w genetyce i badaniach nad ewolucją
Doprowadzenie do tego, by zarodek aligatora wykształcił łuski przypominające pierze, nie jest sam w sobie celem zaludnienia świata skrzydlatych gadów. W badaniu istoty istot żywych to pozorne osiągnięcie jest małym odkryciem w przypływie wiedzy potrzebnej do zrozumienia, skąd pochodzimy.
Pióra to struktury, które katapultowały podbój nieba poprzez mechanizmy termoregulacji i zalotów. Wiele pozostaje do odkrycia, ale każdy krok przybliża nas do rozwiązania zagadki, jak świat stał się tym, który widzimy na naszych oczach.
