恐龍羽毛是什麼樣的？科學家可能已經用雞重新創建了它們

羽毛buitreraptor的概念圖像。（©Stock Source Studio -Stock.adobe.com）

簡而言之

科學家通過阻止關鍵的發育途徑暫時逆轉雞的羽毛進化，從而導致胚胎生長簡化的，無分支的羽毛結構，類似於早期羽毛恐龍中看到的羽毛。
這些變化並不是永久的，儘管這些雛雞用裸露的皮膚和休眠的卵泡孵化，但最終會重新染成正常的羽毛，表明羽毛髮育的韌性和自我修復程度如何。
這項研究提供了罕見的實驗性洞察力，即諸如羽毛之類的複雜性狀如何發展，有助於彌合化石證據與塑造現代鳥解剖學的遺傳機制之間的差距。

日內瓦 - 從恐龍絨毛到鷹翅膀，Evolution花費了1億多年的歷史來完善羽毛。現在，瑞士科學家已經找到了一種在實驗室中扭轉這一過程的方法，導致雞肉胚胎變得簡單，古老的羽毛看起來與恐龍祖先的羽毛相似。

在一項發表的研究中PLOS生物學，研究人員在雞肉胚胎中封鎖了一種名為“ Sonic Hedgehog”（以視頻遊戲角色命名）的發育道路。這導致雞變得簡單，無分支的羽毛，而不是我們今天在鳥類上看到的複雜羽毛。

從簡單的開始到復雜的設計

今天的鳥羽毛正在工程奇蹟。鳥類有蓬鬆的羽毛，可以溫暖和光滑的飛行羽毛，以便在空中飛翔。但是鳥類並不總是有那麼複雜的羽毛。

最早類似羽毛的結構恐龍最可能是簡單的頭髮樣細絲，比起合適的羽毛更像絨毛。這些簡單的結構在數百萬年的時間裡演變成我們今天看到的複雜羽毛。

研究小組想知道他們是否可以扭轉這一過程。他們使用一種名為Sonidegib的藥物阻止了聲音刺猬途徑雞蛋。當早期羽毛結構剛剛形成時，他們將這種藥物注入了9天的發育中。

在孵化的第12天，羽毛芽表現出與未來底部羽毛的倒鉤相對應的細胞密度的縱向結構域。（信用：©Rory Cooper和Michel Milinkovitch（CC BY））

雖然正常的雞肉胚胎髮展複雜的羽毛用樹枝和卵泡（錨定在皮膚上的羽毛的結構），經過處理的胚胎生長了簡單，無分支的羽毛芽，沒有適當的卵泡。這些簡化的結構看起來與科學家認為恐龍的“原始羽毛”的樣子令人驚訝地相似。

令人驚訝的恢復

這種變化不是永久的。隨著胚胎的繼續發展，該藥物的作用逐漸消失。當經過治療的雞孵化時，它們的裸露皮膚受到最大影響。在這些裸露的斑塊下是休眠，簡化的卵泡。

孵化後約七個星期，隨著正常的羽毛從曾經休眠的卵泡增長，這些裸露的斑塊意外就消失了。雞的屍體本質上克服了暫時的破壞，並隨著適當的羽毛而恢復了正軌。

為了確保這不僅僅是氟，研究人員進行了其他實驗。在一次測試中，他們首先用Sonidegib阻止了該路徑，然後用另一種藥物（稱為SAG）再次激活了該路徑，該藥物成功恢復了正常的羽毛髮育。

當給予高劑量的Sonidegib時，基因活性的模式從斑點（通常標誌著單個羽毛會生長的地方）變為條紋。好像是暫時將羽毛鋪設的模板完全移至其他設計。

橋接過去和現在

共同稱為“聲波刺猬”基因表達的改變可以改變腳尺和翼羽毛。雖然基因的短暫過度表達可以永久地將腳變成羽毛，但破壞羽毛髮育本身要困難得多。確定羽毛的相互作用基因的網絡非常強大，即使在實質性的遺傳或環境擾動下，它們也可以確保其正常發育。單擊以展開。（學分：Fabrice Berger和Michel Milinkovitch 2025（CC-BY 4.0，https：//creativecommons.org/licenses/4.0/））））

儘管化石可以向我們展示古老的恐龍覆蓋物的樣子，他們無法告訴我們有關推動他們的遺傳機制進化進入現代羽毛。通過操縱這些胚胎中的這些機制，科學家可以測試有關進化如何發生的理論。

該研究還表明了彈性生物學發展的能力。儘管研究人員向發育機械投入了大扳手，但雞的身體最終弄清楚瞭如何回到正常的羽毛。

聲音刺猬途徑參與了許多發展過程，包括大腦發育，肢體形成，甚至某些類型的癌症。實際上，本研究中使用的藥物Sonidegib目前用於治療某些皮膚癌稱為基底細胞癌。

現代鳥與古代恐龍比我們想像的要薄。通過簡單的分子調整，古代的特徵暫時重新浮出水面，提醒我們，進化不是通過發明全新結構而是通過修改已經存在的東西來起作用。

論文摘要

方法論

研究人員使用了在受控條件下保存的肉雞雞蛋。在胚胎髮育的第9天，他們小心地去除了一小部分蛋殼，使膜透明的膜透明，並精確地註入了對照溶液或不同劑量的Sonidegib進入胚胎血液中。他們檢查了從第10天到孵化的不同發育階段的胚胎，並在孵化後跟隨雞49天。他們使用包括免疫熒光的技術來可視化蛋白質表達，原位雜交跟踪基因活性，3D光片顯微鏡和RNA測序，以分析遺傳變化。

結果

研究發現，Sonidegib治療引起了四個主要影響：（1）它暫時將聲音刺猬表達的正常斑點模式轉化為條紋；（2）它大大減少了羽毛芽的生長並防止卵泡形成；（3）它阻止了產生羽毛倒鉤的分支過程，從而導致簡化的未分支結構；（4）這些作用是劑量依賴性的，劑量較高會導致更深刻的變化。雖然新孵化的雞在孵化後的49天內顯示出裸露的皮膚和休眠的卵泡，但正常的羽毛覆蓋範圍已大大恢復，除了保持永久改變的專業飛行羽毛。

限制

該研究有幾個局限性。研究人員無法隨著時間的流逝而精確地控製藥物濃度，因為它在胚胎中自然降低。他們僅在開發的第9天開始測試效果，因此不同的時機可能會產生不同的結果。簡化的羽毛雖然類似於原始羽毛，但是具有破壞發展而不是真正進化文物的現代結構。該研究的死亡率在經過治療的胚胎中的死亡率為38-68％，這可能引入生存偏見。最後，在整個機翼組織而不是孤立的羽毛芽上進行基因表達分析，可能會稀釋羽毛特異性的信號。

討論和要點

這項研究提供了證據，表明聲音刺猬途徑在羽毛髮育和進化中起著至關重要的作用。通過暫時抑制這一途徑，研究人員創建了類似於早期恐龍的羽毛結構，支持了以下假設：對這一途徑的修改會隨著時間的流逝有助於羽毛的進化。這項研究證明了發育系統具有顯著的彈性 - 儘管嚴重破壞了，但雞皮最終恢復了產生正常羽毛的能力。這些發現橋樑發育生物學和古生物學，提供了一種通過實驗性操縱現代胚胎來檢驗進化假設的方法。