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带羽毛恐龙化石研究揭示鸟类羽毛分子演化过程

文章来源:南京地质古生物研究所   发布时间:2019-03-29  【字号:     】  

  侏罗纪近鸟龙是迄今发现的最早的带羽毛的恐龙之一,过去对其功能形态学的分析指示其具有一定的飞行能力,但是由于缺乏直接的化石证据,因此对其飞行能力的推测一直存在争议。

  由中国科学院南京地质古生物研究所博士泮燕红等完成的题为《羽毛分子演化的化石直接证据》的研究成果,于近期在线刊登在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,为探讨早期羽毛的演化提供了分子生物学证据。该研究显示,以近鸟龙为代表的带毛恐龙虽然可能具备了一定的飞行能力,但其羽毛的分子构成还不足以支撑与鸟类类似的飞行。

  现代鸟类的飞羽主要由β-角蛋白构成,这一结蛋白赋予其特殊的生物力学属性(如柔性、性和度),从而能应飞行的需要。鸟类祖先的羽毛是否也具有同的蛋白成和构呢?对这问题的解答不仅可以揭示早期羽毛分子演化的过程,而且还能为研带羽毛恐龙的飞行能力提供新的线索。

  研究人利用多种代超微检测、原位元素分析和免疫学的方法,对产我国侏罗纪(距今1.6亿年前)的近鸟龙的羽毛化石开展了深入的研究和比。鉴于β-角蛋白形成的构架纤维直径通常只有3纳米左右,α-角蛋白构架纤维直径通常可达8-10纳米,他采用高分辨率的电镜和透射电镜分析,多种化石羽毛的微细结行了察和比。此外,他们还进一步学元素和免疫分析(包括免疫光和免疫电镜行原位检测,用以区分不同类型的角蛋白

  研究结果显示,鸟龙羽主要由α-角蛋白构成,但同时还具有少量的β-角蛋白,不同于鸟类的羽毛构成。然而,我国中生代发现鸟类如始孔子、燕以及一件新生代鸟类化石的羽毛,则主要由β-角蛋白构成,这一点鸟类一致。这些结果表明,鸟龙的羽毛在蛋白分子的构成上,代表了早期羽毛从不适于行向鸟类羽毛演化的类型。

  该项研究也进一步彰显了整合形态学、发育学和分子生物学多学科数据和研究对探讨重大生物演化事件的重要性。一般认为构成生物体的有机大分子随着降解过程的发生,原本稳定的化学键被破坏从而不复存在。但随着近年来各种分析技术的发展,越来越多的大分子化石被发现。角蛋白比多数其他蛋白具有更好的埋藏潜力,主要是由于其特殊的分子结构。

  该研究团队前期的研究曾证实特异保存的鸟类羽毛化石中确实残留有β-角蛋白,从而支持了化石鸟类和恐龙羽毛色素体的存在。

  中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员周忠和、临沂大学教授郑晓廷、美国北卡罗来纳州立大学教授Mary Schweitzer等参与了该项研究。相关研究工作得到中科院、国家自然科学基金委等的支持。

   

 

近鸟龙前肢羽毛的超微结构

 

中生代恐龙和鸟类系统树揭示羽毛分子结构的重要演化阶段

 

用于本次研究的近鸟龙标本(STM0-214),取样位置用红色框标示




(责任编辑:叶瑞优)

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