Op het eerste gezicht, de meeste mensen zouden niet denken dat alligators of vogels evolutionaire neven en nichten waren. Maar inderdaad, reptielen zijn de naaste levende verwanten van vogels, en allemaal afstammen van de archosauriërs, de "heersende reptielen" die 250 miljoen jaar geleden ooit de aarde domineerden.

Archosauriërs gaven aanleiding tot het tijdperk van de dinosaurussen en, eventueel, vogels en reptielen als hun enige levende afstammelingen.

Onlangs, veel tijdelijke dinosaurusfossielen met volledige of gedeeltelijke veren zijn ontdekt. Wetenschappers speculeren dat deze primitieve "proto-veren" van gevederde dinosaurussen mogelijk zijn geëvolueerd om endothermie te helpen, vrienden aantrekken, gaf hen de mogelijkheid om roofdieren beter te ontlopen, en uiteindelijk glijden en vliegen.

Maar precies hoe de buitenste huid en onderliggende weefsels veren versus schubben specificeren - en uiteindelijk de evolutie van de vlucht - is een mysterie gebleven.

Echter, dit rijke evolutionaire erfgoed zou nog steeds ingebed moeten zijn in alle levende vogels en reptielen-DNA.

Voor wetenschappers zoals regeneratieve geneeskunde-arts Dr. Cheng-Ming Choung, een professor in pathologie aan de Keck School of Medicine van USC, het veld is nu rijp voor het plukken met de vooruitgang in de moderne genomica die de moleculaire aanwijzingen kan aanscherpen die verantwoordelijk zijn voor de evolutie van veren en vlucht.

En in een nieuwe studie gepubliceerd in de geavanceerde online editie van Moleculaire biologie en evolutie , Chuong heeft een internationaal team geleid om een ​​overvloed aan nieuwe genen te identificeren die betrokken zijn bij de ontwikkeling van schubben en veren.

"We hebben nu een mogelijke moleculaire verklaring voor deze veronderstelde ontbrekende schakels, ' zei Chuong.

Ze hebben ook aangetoond dat ze schubben in veren kunnen veranderen, door belangrijke moleculaire circuits in en uit te schakelen in kritieke stadia van schaalgroei en -ontwikkeling.

"Deze resultaten laten zien dat verschillende verstoringen verschillende niveaus van schaal tot veerconversie veroorzaken, wat inhoudt dat schubben het vermogen hebben om veren te vormen, gegeven de juiste moleculaire signalen, ' zei Chuong.

Voor de onderzoeksstudie, het team voerde een complete RNA-transcriptoom- en DNA-genoomanalyse uit van zich ontwikkelende kuikens en alligators om hun genexpressieverschillen en de belangrijkste genen in schaal- of veervorming te identificeren.

Volgende, ze plaatsten deze unieke genen voor kippenveren in krokodilleneieren, ze voorzichtig aan- of uitzetten onder hun groeiende huid om een ​​oeroude programmering te doen ontwaken die schubben in veren kan veranderen.

"Onze analyses hebben geleid tot de identificatie van vijf morfo-regulerende modules die essentieel zijn voor moderne veervorming, " zei Chuong. "We stellen voor dat deze modules oorspronkelijk kunnen evolueren als verschillende strategieën voor een betere aanpassing. Eventueel, de integratieve combinatie van vijf morpho-regulatory modules bereikt de zeer succesvolle veerarchitectuur van vandaag, stelt de Ave-klasse in staat om het grootste deel van de open lucht als hun ecologische niche te claimen."

Deze sleutelcircuits leiden tot het ontluiken en verlengen van aanhangsels, follikel met stamcellen en dermale papilla om cyclische regeneratie mogelijk te maken, weerhaakrandvorming met verschillende vertakkingsvormen, en specifieke differentiatie van veerkeratine.

Sommige moleculen konden slechts één van de vijf criteria induceren, bijv. het Sox2-gen kan het ontluiken van veren aanzetten en de vorming van schubben volledig remmen, terwijl Grem1 weerhaakachtige vertakking kan induceren.

"Andere moleculen, zoals retinoïnezuur of Sox18, hebben een groter vermogen om schubben te induceren om veerachtige huidaanhangsels te vormen, "zei Chuong. "Deze veerachtige aanhangsels vertonen alle vijf criteria die veren definiëren, wat suggereert dat ze op een hoger hiërarchisch niveau handelen in dit evolutionaire pad."

Deze hoofdregulatoren zijn misschien de allereerste genen die zich tijdens de oude archosauriërevolutie hebben aangepast en een hernieuwd vermogen hebben gekregen voor het maken van de complexe veren van vandaag.

"Intrigerend, sommige van deze fenotypen zijn vergelijkbaar met de ongewone draadachtige aanhangsels die worden gevonden in de fossielen van gevederde dinosaurussen."

Geïnspireerd door de "vliegende draak, " Ping Wu wil alligatorschubben uitdagen om veren te vormen. Door geforceerde expressie van sprouty en beta-catenine, genen die ze vonden om kippenschubben om te zetten in veren, ze kunnen de vorming van langwerpige schubben veroorzaken in de embryonale huid van alligators.

De studie draagt ​​aanzienlijk bij aan de groeiende lijst van genen en moleculen waarvan bekend is dat ze veerachtige structuren bij vogels induceren en heeft een krachtig nieuw systeem in alligators tot stand gebracht om de evolutie van de vlucht te testen en verder te onderzoeken.