Μια νέα μελέτη αποκαλύπτει συγκλονιστικές ομοιότητες μεταξύ φτερών δεινοσαύρων και πτηνών

Οι ισχυρές ακτίνες Χ που παράγονται στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή SLAC επέτρεψαν στους ερευνητές να αποκτήσουν νέες γνώσεις για την εξέλιξη των φτερών.

Πόσο σχετίζονται οι δεινόσαυροι με τα σημερινά πουλιά; Μια πρόσφατη μελέτη εμβαθύνει σε αυτό το ερώτημα, εξετάζοντας την εξέλιξη και την αλλαγή των πρωτεϊνών στα φτερά των δεινοσαύρων κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών και υπό ακραία ζέστη.

Προηγούμενες μελέτες Υποδηλώνει ότι τα φτερά των δεινοσαύρων περιείχαν πρωτεΐνες που τα έκαναν λιγότερο άκαμπτα από τα φτερά των σύγχρονων πτηνών. Τώρα, ερευνητές από το University College Cork (UCC), την πηγή Stanford Synchrotron Radiation Light (SSRL) στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή SLAC του Τμήματος Ενέργειας και άλλα ιδρύματα ανακάλυψαν ότι τα φτερά των δεινοσαύρων είχαν αρχικά μια πρωτεϊνική σύνθεση πολύ παρόμοια με αυτή των σύγχρονων πτηνών. . .

Αυτό το εύρημα σημαίνει ότι η χημεία των σημερινών φτερών πτηνών μπορεί να έχει προκύψει πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως, ίσως πριν από 125 εκατομμύρια χρόνια.

«Είναι πραγματικά συναρπαστικό να ανακαλύπτεις νέες ομοιότητες μεταξύ δεινοσαύρων και πτηνών», δήλωσε η Tiffany Slater, παλαιοντολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια και επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης. «Χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ και υπέρυθρο φως, διαπιστώσαμε ότι τα φτερά προέρχονται από δεινόσαυρους Σινορνιθόσαυρος Περιέχει πολλές πρωτεΐνες βήτα, όπως και τα φτερά των πτηνών σήμερα. Αυτή η ανακάλυψη επιβεβαιώνει την υπόθεσή μας ότι τα πουλιά δεινόσαυροι είχαν σκληρά φτερά, όπως συμβαίνει στα σύγχρονα πουλιά.

Η ουσία του προβλήματος είναι το μείγμα πρωτεϊνών. Προηγούμενες δοκιμές σε φτερά δεινοσαύρων βρήκαν κυρίως πρωτεΐνες άλφα-κερατίνης, οι οποίες οδηγούν σε λιγότερο άκαμπτα φτερά, ενώ τα σύγχρονα φτερά πουλιών είναι πλούσια σε πρωτεΐνες βήτα-κερατίνης, που ενισχύουν τα φτερά για πτήση. Ωστόσο, οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν αυτή η διαφορά αντανακλά την πραγματική χημεία των φτερών κατά τη διάρκεια της ζωής ή είναι αποτέλεσμα της διαδικασίας απολιθώματος.

Για να το ανακαλύψουν, ο Slater και η συνάδελφος παλαιοντολόγος Maria McNamara, παλαιοντολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, συνεργάστηκαν με επιστήμονες SSRL για να αναλύσουν τα φτερά που χρονολογούνται πριν από 125 εκατομμύρια χρόνια από δεινόσαυρους. Σινορνιθόσαυρος Και το πρώιμο πουλί ΚομφούκιουζορνιςΕκτός από ένα φτερό 50 εκατομμυρίων ετών από τις Ηνωμένες Πολιτείες, δημοσίευσαν πρόσφατα τα ευρήματά τους στο περιοδικό Οικολογία και εξέλιξη της φύσης.

Για να αποκαλύψουν τις πρωτεΐνες που βρέθηκαν στα αρχαία φτερά, οι ερευνητές τοποθέτησαν τα απολιθώματα μπροστά από τις ισχυρές ακτίνες Χ του SSRL, οι οποίες αποκάλυψαν εάν υπήρχαν βασικά συστατικά των πρωτεϊνών βήτα. Αυτό βοήθησε τους ερευνητές να προσδιορίσουν εάν οι πρωτεΐνες βήτα στο δείγμα ήταν ακόμα στην «αρχική» τους μορφή ή αν είχαν αλλάξει με την πάροδο του χρόνου – και πώς αυτή η αλλαγή συνέβη χημικά, είπε ο επιστήμονας SSRL Sam Webb.

Η ομάδα διεξήγαγε επίσης ξεχωριστά πειράματα που προσομοίωσαν τις θερμοκρασίες στις οποίες θα εκτεθούν τα απολιθώματα με την πάροδο του χρόνου, είπε ο Webb. Αυτά τα πειράματα έδειξαν ότι οι πρωτεΐνες άλφα θα μπορούσαν να σχηματιστούν στο απολίθωμα ως αποτέλεσμα της διαδικασίας απολίθωσης, αντί να αποτελούν μέρος του φτερού κατά τη διάρκεια της ζωής.

Η ανάλυση έδειξε ότι ενώ ορισμένα απολιθωμένα φτερά περιέχουν πολλές πρωτεΐνες άλφα, πιθανότατα δεν ήταν αρχικά εκεί, αλλά σχηματίστηκαν με την πάροδο του χρόνου. Σχηματίστηκαν λόγω της εξαιρετικά υψηλής θερμότητας στην οποία εκτίθενται τα απολιθώματα.

«Τα πειράματά μας βοηθούν να εξηγήσουμε ότι αυτή η περίεργη χημική ασυμφωνία είναι το αποτέλεσμα της αποικοδόμησης των πρωτεϊνών κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απολίθωσης», είπε ο Slater. «Αν και ορισμένα φτερά δεινοσαύρων διατηρούν ίχνη από τις αρχικές πρωτεΐνες βήτα, άλλα απολιθωμένα φτερά περιέχουν πρωτεΐνες άλφα που σχηματίστηκαν κατά την απολίθωση».

«Η ιδέα ότι οι δομές των εγγενών πρωτεϊνών μπορεί να αλλάξουν με την πάροδο του χρόνου είναι μια πτυχή που συχνά παραβλέπεται όταν εξετάζουμε βιοδείκτες από την αρχαιότητα», είπε ο Webb. «Η σύγκριση των αποτελεσμάτων της φασματοσκοπίας ακτίνων Χ με πρόσθετες εργαστηριακές μετρήσεις πειραματικά θερμαινόμενων δειγμάτων φτερών βοήθησε στη βαθμονόμηση των ευρημάτων μας».

«Σαφώς ίχνη αρχαίων βιομορίων μπορούν να επιβιώσουν για εκατομμύρια χρόνια, αλλά δεν μπορείτε να διαβάσετε κυριολεκτικά το αρχείο απολιθωμάτων επειδή ακόμη και καλά διατηρημένος απολιθωμένος ιστός έχει μαγειρευτεί και συνθλιβεί κατά τη διάρκεια της απολίθωσης», δήλωσε η επικεφαλής της μελέτης Maria McNamara.

«Αναπτύσσουμε νέα εργαλεία για να κατανοήσουμε τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια της απολιθώματος και να αποκαλύψουμε τα χημικά μυστικά των απολιθωμάτων», δήλωσε ο McNamara. «Αυτό θα μας δώσει συναρπαστικές νέες γνώσεις για την εξέλιξη».

Αναφορά: «Διατήρηση των πρωτεϊνών βήτα του κερατοειδούς μεσοζωικός «Feathers» της Tiffany S. Slater και Nicholas B. Edwards και Samuel M. Webb, Fuqing Zhang και Maria E. McNamara, 21 Σεπτεμβρίου 2023, Οικολογία και εξέλιξη της φύσης.
doi: 10.1038/s41559-023-02177-8