Jei straipsnio pavadinimas jus nustebina, žinote, kad šiuolaikiniai paukščiai yra primityvių roplių palikuonys (apytiksliai pasakius). Yra žinoma, kad šių gyvūnų genetika per tūkstančius metų buvo pakeista taip, kad žvynai palaipsniui virto plunksnomis. Tiesą sakant, aligatoriai turi šiuos plunksnų vystymosi mechanizmus. Kaip tada juos dengia žvynai?
Evoliucija yra viena iš tų tiek pažangių, tiek mįslingų studijų sričių, kuri vystosi plečiantis žinioms apie genetiką, tačiau savo ruožtu išryškina daugiau klausimų nei atsakymų. Pažvelkime į šį klausimą išsamiai.
Kaip žvynai tapo plunksnomis?
Pirmasis klausimas, kurį reikia apibendrinti, yra tai, kaip per tūkstantmečius kai kurių roplių žvynai tapo plunksnomis. Evoliucinė vystymosi biologija jau XX amžiuje atrado, kad yra biocheminių mechanizmų, kuriuos aktyvuoja genetiniai signalai, paverčiantys plunksnas į žvynus ir atvirkščiai. Jų dėka paukščiai turi plunksnas ant kūno ir žvynus ant kojų.
A 2018 m. darbas atskleidė, kad be molekulių, kurios, kaip žinoma, sukelia žvynų plunksnas (retinoinė rūgštis, β-kateninas), egzistavo ir kiti plunksnų keitikliai. Pastaruosius jie pavadino Sox2, Zic1, Grem1, Spry2 ir Sox18 ir sukelia vieną ar daugiau reguliavimo modulių, kuriais vadovaujamasi šiais morfogenetiniais įvykiais.
Šie penki moduliai skatina žvynelių formavimąsi ir pailgėjimą, šakojasi ir paverčia plunksnomis.Kiekvienas iš jų yra atsakingas už skirtingą procesą ir veikia skirtingais mokymo momentais. Tokiu būdu gaunama plunksna, o ne aštrūs žvynai, į plunksną panaši oda ar plunksnos.
Priversti plunksnų vystymąsi ant aligatoriaus
Genetiniai mechanizmai, įgalinantys plunksnas paverčiančių cheminių medžiagų veikimą, atsirado anksčiau nei atsirado pačios plunksnų struktūros. Tai patvirtina aligatoriai ir krokodilai, gyvos fosilijos, turinčios šiuos konversijos mechanizmus, nors ir niekada nerodo plunksnų. Kodėl tada jose jos neapimamos?
Daugelyje dinozaurų fosilijų matyti protoplunksnos, pereinamosios struktūros tarp žvynų ir plunksnų, kurias žinome šiandien.
Aukščiau minėtą straipsnį parašę mokslininkai nusprendė modifikuoti aligatorių embrionų žvynus, kad paverstų juos plunksnomis, ir jiems pavyko. Pažiūrėkime, kaip jiems tai pavyko.
Procedūra, kaip padaryti aligatorių su plunksnomis
Teisdami, kad žvynus galima paversti plunksnomis tinkamais molekuliniais signalais, mokslininkai embriono vystymosi metu įjungė ir išjungė atitinkamus molekulinius kanalus. Į aligatorių kiaušinius įterpdami genus, susijusius su vištų plunksnomis, jie suaktyvino labai senovinius mechanizmus (evoliuciškai kalbant), kurie leido atlikti šią konversiją.
5 tyrime paminėti kriterijai (Sox2, Zic1, Grem1, Spry2 ir Sox18) turėjo būti suaktyvinti skirtingu embriono vystymosi laiku, kiek tai susiję su oda. Priversdami išreikšti kitus du, jau žinomus (retinoinės rūgšties ir β-katenino), jie sugebėjo priversti aligatorius išsivysčiusias pailgas žvynas, kurios yra plunksnų pirmtakai.
Dribsniai ir plunksnos
Kaip parodė tyrimas, aligatoriaus žvynai nevirsta plunksnomis taip, kaip apverčiamas jungiklis, tačiau abi konstrukcijos yra to paties spektro kraštutinumai. Šioje linijoje yra protoplunksnų, piknopluoštų, keratinizuotų plunksnų ir kt.
Skraidantiems paukščiams būdingų plunksnų susidarymui derma ir epidermis turi „bendrauti“ tarpusavyje. Taip yra todėl, kad cheminiai signalai ateina iš dermos, o epidermis turi juos priimti. Šį sudėtingą procesą skatina 5 straipsnyje paminėti molekuliniai veiksniai.
Kaip matote, tai labai sudėtingas procesas, nes reikia sinchronizuoti genetinius signalus, specifinius embriono vystymosi momentus ir reguliavimo mechanizmus. Jei viskas veikia taip, kaip turėtų, aligatoriai gali turėti plunksnų, tiesiog plunksnų formavimosi procesas nevyksta natūraliai taip.
Genetikos pažanga ir evoliucijos studijos
Patikrinti, kad aligatoriaus embrionas išsiugdytų plunksnų pirmtakų žvynus, pats savaime nėra tikslas apgyvendinti sparnuotų roplių pasaulį. Tyrinėjant gyvųjų būtybių esmę, šis akivaizdus pasiekimas yra nedidelis atradimas žinių bangoje, kurios reikia norint suprasti, iš kur mes kilę.
Plunksnos yra struktūros, kurios termoreguliacijos ir piršlybų mechanizmais katapultavo dangų. Dar daug ką reikia atrasti, bet kiekvienas žingsnis priartina mus prie mįslių, kaip pasaulis tapo toks, kokį matome prieš akis.
