Nowe badanie ujawnia szokujące podobieństwa między piórami dinozaurów i ptaków

Silne promienie rentgenowskie generowane w Narodowym Laboratorium Akceleratorów SLAC umożliwiły naukowcom uzyskanie nowego wglądu w ewolucję piór.

Jak spokrewnione są dinozaury z dzisiejszymi ptakami? Niedawne badania zgłębiają tę kwestię, przyglądając się ewolucji i zmianom białek w piórach dinozaurów na przestrzeni milionów lat i w ekstremalnych temperaturach.

Poprzednie badania Sugeruje to, że pióra dinozaurów zawierały białka, które czyniły je mniej sztywnymi niż pióra współczesnych ptaków. Teraz naukowcy z University College Cork (UCC), źródła światła synchrotronowego (SSRL) w Stanford National Accelerator Laboratory przy Departamencie Energii i innych instytucji odkryli, że pióra dinozaurów pierwotnie miały skład białkowy bardzo podobny do składu współczesnych ptaków . .

Odkrycie to oznacza, że ​​skład chemiczny obecnych piór ptasich mógł powstać znacznie wcześniej, niż wcześniej sądzono, być może 125 milionów lat temu.

„Odkrywanie nowych podobieństw między dinozaurami i ptakami jest naprawdę ekscytujące” – powiedziała Tiffany Slater, paleontolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego i główna autorka nowego badania. „Korzystając z promieni rentgenowskich i światła podczerwonego, odkryliśmy, że pióra pochodzą od dinozaurów Sinornitozaur Zawiera dużo białek beta, podobnie jak pióra współczesnych ptaków. Odkrycie to potwierdza naszą hipotezę, że ptaki dinozaurów miały twarde pióra, tak jak ma to miejsce u współczesnych ptaków.

Sednem problemu jest mieszanka białek. Poprzednie testy piór dinozaurów wykazały głównie białka alfa-keratyny, które prowadzą do mniej sztywnych piór, podczas gdy pióra współczesnych ptaków są bogate w białka beta-keratyny, które wzmacniają pióra podczas lotu. Naukowcy zastanawiali się jednak, czy różnica ta odzwierciedla prawdziwy skład chemiczny piór za życia, czy też jest wynikiem procesu fosylizacji.

Aby się tego dowiedzieć, Slater i inna paleontolog Maria McNamara, paleontolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego, współpracowali z naukowcami z SSRL, aby przeanalizować pióra dinozaurów sprzed 125 milionów lat. Sinornitozaur I wczesny ptaszek KonfucjuszNiedawno opublikowali w czasopiśmie swoje odkrycia oprócz liczącego 50 milionów lat pióra ze Stanów Zjednoczonych Ekologia i ewolucja przyrody.

Aby odkryć białka występujące w starożytnych piórach, naukowcy umieścili skamieliny przed silnym promieniowaniem rentgenowskim SSRL, które ujawniło, czy obecne są kluczowe składniki białek beta. Pomogło to badaczom określić, czy białka beta w próbce nadal zachowały swoją „oryginalną” formę, czy też zmieniły się z biegiem czasu – oraz w jaki sposób ta zmiana nastąpiła pod względem chemicznym – powiedział Sam Webb, naukowiec z SSRL.

Zespół przeprowadził także osobne eksperymenty, które symulowały temperatury, na jakie z biegiem czasu będą narażone skamieliny, powiedział Webb. Eksperymenty te wykazały, że białka alfa mogą tworzyć się w skamielinach w wyniku procesu fosylizacji, zamiast stanowić część pióra za życia.

Analiza wykazała, że ​​chociaż niektóre skamieniałe pióra zawierają dużo białek alfa, prawdopodobnie nie istniały one pierwotnie, ale utworzyły się z biegiem czasu. Powstały w wyniku ekstremalnie wysokiego ciepła, na działanie którego narażone są skamieniałości.

„Nasze eksperymenty pomagają wyjaśnić, że ta dziwna rozbieżność chemiczna jest wynikiem degradacji białek podczas procesu fosylizacji” – powiedział Slater. „Chociaż niektóre pióra dinozaurów zachowują ślady oryginalnych białek beta, inne skamieniałe pióra zawierają białka alfa, które powstały podczas fosylizacji”.

„Pomysł, że struktury natywnych białek mogą zmieniać się w czasie, jest aspektem często pomijanym przy analizie biomarkerów z czasów starożytnych” – powiedział Webb. „Porównanie wyników naszej spektroskopii rentgenowskiej z dodatkowymi pomiarami laboratoryjnymi eksperymentalnie podgrzanych próbek piór pomogło skalibrować nasze ustalenia”.

„Bez wątpienia ślady starożytnych biomolekuł mogą przetrwać miliony lat, ale zapisu kopalnego nie można dosłownie odczytać, ponieważ nawet dobrze zachowana tkanka kopalna została ugotowana i zmiażdżona podczas fosylizacji” – stwierdziła główna autorka badania, Maria McNamara.

„Opracowujemy nowe narzędzia, aby zrozumieć, co dzieje się podczas fosylizacji i odkryć chemiczne sekrety skamieniałości” – powiedział McNamara. „To da nam nowe, ekscytujące spojrzenie na ewolucję”.

Odniesienie: „Utrzymanie białek beta rogówki w Mezozoik „Pióra” Tiffany S. Slatera i Nicholasa B. Edwardsa i Samuela M. Webb, Fuqing Zhang i Maria E. McNamara, 21 września 2023 r., Ekologia i ewolucja przyrody.
doi: 10.1038/s41559-023-02177-8