Исследовательская группа, возглавляемая биологами из Калифорнийского университета в Риверсайде и государственного университета Монклера, штат Нью-Джерси, нашла ответ. Используя деградированные остатки генов зубов у птиц, чтобы определить, когда птицы потеряли зубы, группа ученых сообщает в выпуске журнала Science от 12 декабря, что зубы были потеряны у общего предка всех живых птиц более 100 миллионов лет назад.
«Один из главных уроков нашего открытия заключается в том, что« мертвым генам », как и остаткам мертвых организмов, сохранившимся в летописи окаменелостей, есть что рассказать», — сказал Марк Спрингер, профессор биологии и один из ведущих ученых. авторы исследования вместе с Робертом Мередитом из государственного университета Монклера, который ранее был аспирантом и докторантом в лаборатории Спрингера. «ДНК из склепа — мощный инструмент для раскрытия секретов эволюционной истории».Спрингер объяснил, что беззубость и наличие рогового клюва являются отличительными чертами современных птиц.
«С тех пор, как в 1861 году была обнаружена ископаемая птица археоптерикс, стало ясно, что живые птицы произошли от зубастых предков», — сказал он. «Однако история потери зубов у предков современных птиц остается неуловимой более 150 лет».Все беззубые / беззубые позвоночные произошли от предка с зубами, покрытыми эмалью. В случае с птицами это динозавры-тероподы.
Современные птицы используют роговой клюв вместо зубов и часть пищеварительного тракта для измельчения и обработки пищи.
Формирование зубов у позвоночных — сложный процесс, в котором задействовано множество различных генов. Из этих генов шесть необходимы для правильного формирования дентина (DSPP) и эмали (AMTN, AMBN, ENAM, AMELX, MMP20).
Исследователи изучили эти шесть генов в геномах 48 видов птиц, которые представляют почти все отряды живых птиц, на наличие инактивирующих мутаций, общих для всех 48 птиц. Наличие таких общих мутаций в генах, связанных с дентином и эмалью, предполагает единственную потерю минерализованных зубов у общего предка всех живых птиц.Спрингер, Мередит и другие члены их команды обнаружили, что 48 видов птиц имеют общие инактивирующие мутации как в генах, связанных с дентином (DSPP), так и в генах, связанных с эмалью (ENAM, AMELX, AMTN, MMP20), что указывает на то, что генетический механизм, необходимый для зуба формация была потеряна у общего предка всех современных птиц.
«Присутствие нескольких инактивирующих мутаций, общих для всех 48 видов птиц, предполагает, что внешний эмалевый покров зубов был потерян около 116 миллионов лет назад», — сказал Спрингер.На основе ископаемых и молекулярных данных исследователи предлагают двухэтапный сценарий, согласно которому потеря зубов и развитие клюва развивались вместе у общего предка всех современных птиц. На первом этапе потеря зубов и частичное развитие клюва началось на передней части верхней и нижней челюстей. Второй этап включал одновременное прогрессирование потери зубов и развития клюва от передней части обеих челюстей к задней части рострума.
«Мы предполагаем, что этот прогресс в конечном итоге привел к образованию полностью рогового клюва, который фактически заменил зубы и, возможно, способствовал диверсификации живых птиц», — сказал Спрингер.Исследовательская группа также изучила геномы дополнительных беззубых / беззубых позвоночных, включая трех черепах и четырех млекопитающих (панголин, трубкозуб, ленивец и броненосец), на предмет инактивации мутаций в генах, связанных с дентином и эмалью. Для сравнения исследователи изучили геномы таксонов млекопитающих с зубами, покрытыми эмалью.
«Все геномы беззубых позвоночных, которые мы исследовали, характеризуются инактивирующими мутациями в DSPP, AMBN, AMELX, AMTN, ENAM и MMP20, что делает эти гены нефункциональными», — сказал Спрингер. «Связанный с дентином ген DSPP функционирует у позвоночных с зубами без эмали — ленивца, трубкозуба, броненосца. Все шесть генов функционируют у американского аллигатора, представителя Crocodylia, ближайших современных родственников птиц и таксонов млекопитающих с покрытой эмалью. зубы."Исследование было частично поддержано грантом Springer от Национального научного фонда.
Спрингер и Мередит присоединились к исследованию Гоцзе Чжана из China National GeneBank, Китай; М. Томас П. Гилберт из Копенгагенского университета Остер Волдгаде, Дания; и Эрих Д. Джарвис из Медицинского центра Университета Дьюка, Северная Каролина.Все ученые являются соавторами нескольких других, в том числе биолога из Калифорнийского университета в Риверсайде Джона Гейтси, написавшего вторую статью в том же номере журнала Science.
В этой статье используются те же 48 геномов птиц, чтобы задать вопрос: «Что делает птицу птицей?»«Новые геномы птиц представляют собой серьезный прогресс, учитывая, что ранее были доступны лишь некоторые геномы птиц — зебрового вьюрка, индейки, курицы и утки», — сказал Спрингер.