近鸟龙羽毛的分子分析为飞行起源提供线索

一个国际研究小组对侏罗纪一种长有羽毛的小型恐龙的羽毛化石进行了分子分析。他们的研究可以帮助科学家确定羽毛在恐龙-鸟类过渡时期是何时进化出飞行能力的。

近鸟龙是一种小型、长有羽毛的四翼恐龙，生活在大约1.6亿年前，也就是大约1000万年前，现在的中国“始祖鸟”，第一只被识别的鸟。来自北卡罗莱纳州立大学南京地质与古生物研究所和南卡罗莱纳大学的研究人员进行了分析近鸟龙观察它们在分子水平上与年轻化石鸟类和现代鸟类有何不同。

“现代鸟类的羽毛主要由β角蛋白(β角蛋白)组成，这种蛋白质也存在于爬行动物和鸟类的皮肤、爪子和喙中。羽毛不同于其他β角蛋白包含组织,因为羽毛蛋白质改性的方式让他们更加灵活,”玛丽·施韦策说,生物科学教授数控与联合任命北卡罗来纳州自然科学博物馆和研究的合著者,该文。

“在羽毛进化的某个时刻，一个β-角蛋白基因发生了缺失事件，使生成的蛋白质略小。这一缺失改变了羽毛的生物物理学，使之变得更加灵活——这是飞行的必要条件。如果我们能确定这种缺失发生在什么时候，在什么生物中发生，我们就能更好地了解从恐龙到鸟类的转变过程中飞行是什么时候进化的。”

由南京研究所的访问研究员潘彦宏领导的研究人员，研究了来自近鸟龙利用高分辨率电子显微镜，以及多种化学和免疫学技术来确定羽毛的分子组成。他们对中生代和新生代的其他羽毛以及其他预计不会出现这种缺失的β-角蛋白组织进行了同样的研究，然后将结果与现代鸟类的羽毛和组织进行了比较。

他们发现,近鸟龙羽毛由β角蛋白和α角蛋白(α-角蛋白)组成，所有陆生脊椎动物(包括哺乳动物)都有这种蛋白质。这令人惊讶，因为在现代羽毛中只存在少量的α-角蛋白。除了共同表达两种角蛋白外近鸟龙羽毛已经经历了将羽毛与其他组织区分开来的删除事件。

“分子钟，科学家们用来作为进化和遗传差异的基准，预测这种缺失，以及功能性飞行羽毛，大约在1.45亿年前就进化了，”Schweitzer说。”近鸟龙它有数百万年的历史，但却有缩短的蛋白质形式。这项工作表明，我们可以利用分子化石数据来确定分子时钟的根，并提高其准确性——我们可以通过这两种角蛋白的缺失或存在，开始对恐龙-鸟类转变中的遗传事件进行计时。这些数据也为我们提供了更多关于羽毛是如何进化从而能够飞行的信息。”

该作品出现在美国国家科学院院刊．潘是第一作者。北卡罗来纳州立大学的郑文霞(Wenxia Zheng)和埃琳娜·施罗特(Elena Schroeter)以及南卡罗莱纳大学(University of South Carolina)的罗杰·索耶(Roger Sawyer)也对这项由美国国家科学基金会(National Science Foundation)和帕卡德基金会(Packard Foundation)提供部分支持的工作做出了贡献。

皮克-

编辑报告下面是摘要。

《羽毛的分子进化:来自化石的直接证据》

作者南京地质古生物研究所;Roger Sawyer，南卡罗来纳大学;郑文霞，Elena Schroeter, Mary Schweitzer，北卡罗莱纳州立大学;等
发表:《美国国家科学院院刊》

摘要：
拥有各种形态的表皮附肢(被解释为羽毛)的恐龙化石，极大地增进了我们对鸟类和恐龙之间的进化联系，以及羽毛和鸟类飞行起源的理解。在现存鸟类中，成熟羽毛中蛋白质的独特表达和氨基酸组成已经被证明决定了它们的生物力学特性，如硬度、弹性和可塑性。在此，我们提供了侏罗纪非鸟类恐龙的羽状羽毛的分子和超微结构证据近鸟龙由羽毛β角蛋白和α角蛋白组成。这是很重要的，因为现存鸟类的成熟羽毛主要由β角蛋白组成，特别是在形成叶片的倒刺和小羽中。我们在此证实，羽毛在分子和形态学水平上被修饰，以获得在恐龙-鸟类过渡时期的飞行生物力学特性，我们还表明，在分子水平上的适应变化的模式和时间可以直接在深度保存的异常化石中得到解决。