化石羽毛揭示了恐龙如何飞行

Anchiornis恐龙羽毛可能是飞行途中的进化中间体。

罗伯特克拉克/ 国家地理
化石羽毛揭示了恐龙如何飞行

科学家早就知道许多早期的恐龙,即今天的鸟类的祖先,被羽毛覆盖,可能是为了保暖和吸引配偶。 但是没有人确切知道这些羽毛状的恐龙什么时候飞行了。 现在,来自羽毛恐龙化石的分子证据揭示了构成羽毛的关键蛋白质随着时间的推移变得更轻,更灵活,因为不会飞的恐龙演变成飞行的恐龙 - 后来变成鸟类。

所有具有骨架的现代陆生动物都有角蛋白,蛋白质组成了从指甲和喙到鳞片和羽毛的一切。 在人类和其他哺乳动物中,α-角蛋白形成10纳米宽的细丝,构成头发,皮肤和指甲。 在鳄鱼,乌龟,蜥蜴和鸟类中,β-角蛋白形成甚至更窄,更刚性的细丝,可以形成爪,喙和羽毛。

使用数十种活鸟,鳄鱼,海龟和其他爬行动物的全基因组,科学家们在过去十年中建立了这些动物的家谱,这些动物的家谱基于β-角蛋白随时间的变化。 在这些启示中:现代鸟类失去了大部分α-角蛋白,但由于缺少甘氨酸和酪氨酸氨基酸使爪子和喙僵硬,它们的羽毛中的β-角蛋白变得更加灵活。 这表明向航班过渡需要进行两次更改。

现在,研究人员通过分析来自中国和蒙古的一些特别保存的化石中的α-和β-角蛋白直接证明了这一点。 由北京中国科学院古生物学家Pan Yanhong和罗利北卡罗来纳州立大学的Mary Schweitzer领导的研究人员设计了独立的抗体,以识别保存在化石羽毛中的各种α-和β-角蛋白的识别片段。生活在1.6亿至7500万年前的五种物种。 用荧光标签标记抗体,荧光标签在它们与靶标结合时点亮。

化石羽毛揭示了恐龙如何飞行

这种Anchiornis化石揭示了恐龙的羽毛可能具有现代鸟类羽毛的一些(尽管不是全部)分子特征。

潘艳红

研究人员今天在“ 美国国家科学院院刊”上报告说, Anchiornis的羽毛是一种生活在1.6亿年前的乌鸦大小的羽毛恐龙,它点亮了 。 但是恐龙 - 它们在第一只被认可的鸟类始祖鸟之前 ,已经有1000万年的历史了 - 甚至还有更多的α-角蛋白,而今天的鸟类羽毛基本上没有。 鉴于此,加上电子显微镜分析揭示的结构差异,可能是Anchiornis羽毛不适合飞行,Schweitzer说,但它代表了飞行羽毛演变的中间阶段。

来自一个名为Shuvuuia (它不是今天的鸟类的祖先)的1.3亿年前的小型不会飞的恐龙的化石羽毛显示,与现代鸟类一样,它缺乏α-角蛋白。 但与Anchiornis不同,它的羽毛仍由更大,更刚性的β-角蛋白组成。 “我们开始发现羽毛进化的镶嵌图案,”Schweitzer说,这表明羽毛向飞行过渡需要消除大多数α-角蛋白的突变和截短的柔性β-角蛋白。

“这种类型的工作是每个进化生物学家的梦想,”哥伦比亚南卡罗来纳大学的进化生物学家马修格林沃尔德说,他帮助构建了早期的β-角蛋白家族树。 结合现代遗传证据,这一新发现表明,在向飞行过渡期间,β-角蛋白基因在一些恐龙的基因组中被复制多次。 随着动物的进化,一些额外的副本随后变异为截断形式,使得飞行成为可能。 这不仅允许像始祖鸟这样的羽毛恐龙在大约1.5亿年前在天空中巡航,而且它还产生了我们今天与我们一起拥有的所有乌鸦,雀,椋鸟和鹰。

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