Перья — одни из самых сложных кожных элементов в животном царстве. Хотя их эволюционное происхождение широко обсуждается, палеонтологические находки и исследования биологии развития позволяют предположить, что перья развились из простых структур, известных как протоперья. Они состояли из одной трубчатой нити и появились около 200 миллионов лет назад у некоторых динозавров. Палеонтологи продолжают обсуждать возможность их еще более раннего появления у общего предка динозавров и птерозавров (первых летающих позвоночных с перепончатыми крыльями) около 240 миллионов лет назад.
Протоперья представляют собой простые цилиндрические нити. От современных перьев они отличаются отсутствием крючков и бородок, а также фолликула — углубления в основании перьев. Появление протоперьев, вероятно, ознаменовало первый ключевой шаг в эволюции перьев, которые сначала обеспечивали теплоизоляцию и служили украшением, а затем постепенно изменялись под действием естественного отбора и привели к появлению более сложных структур, обеспечивающих полет.
Лаборатория Мишеля Милинковича, профессора кафедры генетики и эволюции факультета естественных наук, изучает роль молекулярных сигнальных путей (систем связи, передающих сообщения внутри клеток и между ними), таких как путь Sonic Hedgehog (Shh), в эмбриональном развитии чешуи, шерсти и перьев у современных позвоночных. В предыдущем исследовании швейцарские ученые стимулировали этот путь, введя активирующую молекулу в кровеносные сосуды куриных эмбрионов, и наблюдали полное и окончательное превращение чешуек в перья на ногах птицы.
«Поскольку путь Shh играет важнейшую роль в развитии перьев, мы хотели проследить, что происходит, когда он подавляется», — объясняет Рори Купер, соавтор исследования. Введя молекулу, блокирующую сигнальный путь Shh, на 9-й день эмбрионального развития — непосредственно перед появлением зачатков перьев на крыльях — исследователи наблюдали формирование неразветвленных и неинвагинированных структур, напоминающих предполагаемые ранние стадии протоперьев.
Однако, начиная с 14-го дня эмбрионального развития, морфогенез перьев частично восстановился. Более того, хотя цыплята вылупились с участками голой кожи, дремлющие подкожные фолликулы автономно активизировались, и в итоге получились цыплята с нормальным оперением.
«Наши эксперименты показывают, что если нарушение в развитии чешуек на лапах может навсегда превратить их в перья, то нарушить развитие самих перьев гораздо сложнее», — заключает Мишель Милинкович. Очевидно, что в ходе эволюции сеть взаимодействующих генов стала чрезвычайно надежной, обеспечивая правильное развитие перьев даже при значительных генетических или экологических нарушениях. Теперь главная задача — понять, как генетические взаимодействия приводят к появлению таких морфологических новшеств, как протоперья. Работа опубликована в журнале PLOS Biology.
