Вимкнувши кілька сигнальних молекул у пташиному ембріоні, що розвивається, можна зробити його схожим зародок рептилії.
Відомо, що птахи сталися від динозаврів - з цим зараз сперечаються лише ті, хто відкидає еволюційну теорію в цілому. У наукових дискусіях обговорюють конкретні шляхи еволюції, тобто як саме стародавні ящери, які поступово обрали пір'я, придбали врешті-решт справжні крила і піднялися в повітря.
Але крила - тільки одна з відмінних рис пернатих; адже у них є ще й дзьоб. Форма його виключно різноманітна, і птахи навчилися користуватися ним майстерно. Але як так вийшло, що щелепи динозаврів, засаджені зубами, перетворилися на таке унікальне пристосування? Відповідь на таке запитання дає цікава робота дослідників з Гарварду, опублікована в журналі Evolution. Архат Абжанов (Arhat Abzhanov) і його колеги в деякому сенсі повернули назад розвиток курячого ембріона, у якого в результаті замість дзьоба стало виходити щось на зразок крокодилів пащі.
Зрозуміло, молекулярно-генетичним маніпуляціям передувала тривала робота з черепами динозаврів, сучасних рептилій і птахів: черепні кістки порівнювали один з одним, щоб зрозуміти, як різні анатомічні форми могли переходити одна в іншу. Порівняльний аналіз робили методами геометричної морфометрії, яка дозволяє визначити самі незначні відмінності в розмірі і формі кісток. Одна з головних відмінностей «обличчя» птахів від «лиця» стародавніх плазунів полягає в тому, що передлюдські кістки у пернатих стали довгими, вузькими і в результаті зрослися в одну, ставши основою для надкляття. У археоптерікса можна спостерігати проміжну стадію цього процесу, але у тих видів, що з'явилися після нього, передлюдські кістки стають ще більше і ще тісніше зростаються один з одним.
Потім дослідники занурилися в молекулярну біологію - потрібно було дізнатися, що за сигнальні білки керують їх розвитком. В результаті вдалося вийти на два гена: перший кодував фактор зростання фібробластів 8 (Fgf8), другий кодував білок WNT. Фактор зростання включався в лицьовому відділі черепа першим, за ним, коли кістки вже в цілому були сформовані, починав працювати WNT, який посилював їх зростання. Причому, що важливо, у ссавців, ящірок, черепах і алігаторів WNT працює в інших областях сформованого черепа, ніж у птахів.
Коли у курячого ембріона придушували роботу обох білків, то передлюдські кістки залишалися короткими, округлими і не зрощеними один з одним - тобто такими ж, як у динозаврових родичів птахів. Але ще більш інтригуючі речі трапилися з непотрібною кісткою. У нас, та й у багатьох інших хребетних вона плоска і поєднана з навколишніми кістками, формуючи дах порожнини рота. У птахів же вона редукована і з оточуючими не з'єднана - так забезпечується рухливість надклювя. Зі звичайною непотрібною кісткою птахи не змогли б широко розпахувати дзьоб. Але за відсутності вищезгаданих сигнальних білків у курячих ембріонів формувалася саме що звичайна непомітна кістка, так що череп робився схожий не на пташиний, а на череп алігатора. Тобто колись у минулому гени WNT і Fgf8 у «птахозаврів» почали працювати інакше, ніж у інших хребетних, завдяки чому і вийшов дзьоб.
Однак результати досліджень у деяких фахівців викликають сумніви. Рік тому співробітники Каліфорнійського університету в Сан-Франциско повідомили, що їм вдалося визначити момент в ембріогенезі, коли голова птахів починає розвиватися по власному шляху - і тут критичним для формування дзьоба виявлявся зовсім інший ген, званий SHH. На що дослідники з Гарварду відповіли, що білки Fgf8 і SHH часто працюють разом, і ніякого протиріччя тут немає. Можливо, в подальшому виявляться ще якісь сигнальні молекули, які допомогли переробити морду динозаврів у пташиний дзьоб. Як би там не було, отримані результати зайвий раз показують, наскільки плідною може бути співпраця палеонтології з молекулярною біологією, що дозволяє пояснити конкретні механізми еволюційних перетворень одних видів в інші.
За матеріалами Science.