鳥類的羽毛可能最初是古代恐龍身上的細絲，但一組瑞士研究人員正在通過對雞胚胎進行實驗，深入研究羽毛形成的遺傳學。通過操縱一條關鍵的信號通路，他們重建了與原始羽毛相似的結構，揭示了羽毛發育過程的彈性和進化精細度。即使受到干擾，羽毛的生長也常常會恢復——暗示了這一進化創新的驚人複雜性和穩定性。

孵化第 12 天，羽芽呈現出縱向的細胞密度區域，與未來絨毛的羽枝相對應。圖片來源：© Rory Cooper 和 Michel Milinkovitch (CC BY)

羽毛是動物身上最複雜的皮膚結構之一。它們的進化起源一直存在爭議，但化石和發育生物學的證據表明，羽毛有一個共同的起源：簡單的毛髮狀結構，稱為原羽毛。這些早期的羽毛前體由一根管狀細絲組成，據信最早出現在大約 2 億年前的某些恐龍身上。

一些科學家認為，原始羽毛可能進化得更早，可能是在大約 2.4 億年前，在恐龍和翼龍的共同祖先中進化而來，翼龍是第一種具有膜狀翅膀的飛行脊椎動物。原始羽毛的出現可能標誌著羽毛進化的第一步關鍵。

與現代羽毛不同，原始羽毛是無分枝的圓柱形細絲。它們缺乏構成當今羽毛結構的複雜羽枝和小羽支，也沒有毛囊（皮膚中羽毛生長的小囊）。這些早期結構可能具有隔熱和展示等作用，後來逐漸被自然選擇重塑為更複雜的適合飛行的形狀。

在日內瓦大學 (UNIGE)，Michel Milinkovitch 教授和他的團隊研究分子信號通路（允許細胞進行通訊的系統）如何影響脊椎動物胚胎中鱗片、毛髮和羽毛等特徵的發育。

在早期的研究中，該團隊在雞胚胎中啟動了一條名為 Sonic Hedgehog (Shh) 的關鍵通路。通過向胚胎的血管中注射一種啟動分子，他們引發了戲劇性的轉變：鳥腳上的鱗片永久地變成了羽毛。

重現第一隻恐龍的原始羽毛

“由於 Shh 通路在羽毛發育過程中起著至關重要的作用，我們想觀察當該通路受到抑制時會發生什麼，”Michel Milinkovitch 實驗室的博士後研究員、這項研究的合著者 Rory Cooper 解釋說。通過在胚胎發育的第 9 天（就在羽芽出現在翅膀上之前）注射一種阻斷 Shh 信號通路的分子，兩位研究人員觀察到了不分枝且不內陷的羽芽的形成，類似於原羽毛的假定早期階段。

然而，從胚胎發育的第14天開始，羽毛形態發生部分恢復。此外，儘管雛雞孵化時皮膚裸露，但休眠的皮下毛囊會自主重新啟動，最終產生羽毛正常的雛雞。

蜜雪兒·米林科維奇總結道：“我們的實驗表明，雖然足部鱗片發育過程中的短暫干擾可以永久地將其變成羽毛，但永久地破壞羽毛的發育過程則要困難得多。”顯然，在進化過程中，相互作用的基因網路變得非常強大，即使在基因或環境受到重大干擾的情況下也能確保羽毛正常發育。現在最大的挑戰是瞭解基因相互作用如何進化，以允許原始羽毛等形態學新奇事物的出現。”

編譯自/ScitechDaily