从鳞片到羽毛 来自鸡胚胎的线索揭示了奇迹的起源

鸟类的羽毛可能最初是古代恐龙身上的细丝，但一组瑞士研究人员正在通过对鸡胚胎进行实验，深入研究羽毛形成的遗传学。通过操纵一条关键的信号通路，他们重建了与原始羽毛相似的结构，揭示了羽毛发育过程的弹性和进化精细度。即使受到干扰，羽毛的生长也常常会恢复——暗示了这一进化创新的惊人复杂性和稳定性。

孵化第 12 天，羽芽呈现出纵向的细胞密度区域，与未来绒毛的羽枝相对应。图片来源：© Rory Cooper 和 Michel Milinkovitch (CC BY)

羽毛是动物身上最复杂的皮肤结构之一。它们的进化起源一直存在争议，但化石和发育生物学的证据表明，羽毛有一个共同的起源：简单的毛发状结构，称为原羽毛。这些早期的羽毛前体由一根管状细丝组成，据信最早出现在大约 2 亿年前的某些恐龙身上。

一些科学家认为，原始羽毛可能进化得更早，可能是在大约 2.4 亿年前，在恐龙和翼龙的共同祖先中进化而来，翼龙是第一种具有膜状翅膀的飞行脊椎动物。原始羽毛的出现可能标志着羽毛进化的第一步关键。

与现代羽毛不同，原始羽毛是无分枝的圆柱形细丝。它们缺乏构成当今羽毛结构的复杂羽枝和小羽支，也没有毛囊（皮肤中羽毛生长的小囊）。这些早期结构可能具有隔热和展示等作用，后来逐渐被自然选择重塑为更复杂的适合飞行的形状。

在日内瓦大学 (UNIGE)，Michel Milinkovitch 教授和他的团队研究分子信号通路（允许细胞进行通讯的系统）如何影响脊椎动物胚胎中鳞片、毛发和羽毛等特征的发育。

在早期的研究中，该团队在鸡胚胎中激活了一条名为 Sonic Hedgehog (Shh) 的关键通路。通过向胚胎的血管中注射一种激活分子，他们引发了戏剧性的转变：鸟脚上的鳞片永久地变成了羽毛。

重现第一只恐龙的原始羽毛

“由于 Shh 通路在羽毛发育过程中起着至关重要的作用，我们想观察当该通路受到抑制时会发生什么，”Michel Milinkovitch 实验室的博士后研究员、这项研究的合著者 Rory Cooper 解释说。通过在胚胎发育的第 9 天（就在羽芽出现在翅膀上之前）注射一种阻断 Shh 信号通路的分子，两位研究人员观察到了不分枝且不内陷的羽芽的形成，类似于原羽毛的假定早期阶段。

然而，从胚胎发育的第14天开始，羽毛形态发生部分恢复。此外，尽管雏鸡孵化时皮肤裸露，但休眠的皮下毛囊会自主重新激活，最终产生羽毛正常的雏鸡。

米歇尔·米林科维奇总结道：“我们的实验表明，虽然足部鳞片发育过程中的短暂干扰可以永久地将其变成羽毛，但永久地破坏羽毛的发育过程则要困难得多。”显然，在进化过程中，相互作用的基因网络变得非常强大，即使在基因或环境受到重大干扰的情况下也能确保羽毛正常发育。现在最大的挑战是了解基因相互作用如何进化，以允许原始羽毛等形态学新奇事物的出现。”

编译自/ScitechDaily