Jos artikkelin otsikko yllättää, tiedät, että nykyajan linnut ovat primitiivisten matelijoiden jälkeläisiä (karkeasti sanottuna). Tiedetään, että näiden eläinten genetiikkaa muutettiin tuhansien vuosien aikana niin, että suomukset muuttuivat vähitellen höyheniksi. Itse asiassa alligaattoreiden erityispiirteenä on nämä höyhenpeitekehitysmekanismit. Miten ne sitten ovat suomujen peitossa?
Evoluutio on yksi niistä yhtä edistyneistä kuin arvoituksellisistakin tutkimusaloista, joka kehittyy genetiikan tietämyksen kasvaessa, mutta se puolestaan tuo esiin enemmän kysymyksiä kuin vastauksia. Katsotaanpa tätä kysymystä yksityiskohtaisesti.
Kuinka suomuista tuli höyheniä?
Ensimmäinen kysymys, joka on tiivistettävä, on se, kuinka vuosituhansien aikana tiettyjen matelijoiden suomukset päätyivät höyheniksi. Evoluutiokehitysbiologia havaitsi jo 1900-luvulla, että on olemassa biokemiallisia mekanismeja, jotka aktivoituvat geneettisillä signaaleilla, jotka muuttavat höyhenet suomuiksi ja päinvastoin. Niiden ansiosta linnuilla on höyhenet vartalossa ja suomu jaloissa.
Vuoden 2018 paperi paljasti, että niiden molekyylien lisäksi, joiden tiedettiin aiheuttavan suomujen höyheniä (retinoiinihappo, β-kateniini), oli olemassa muita höyhenen mittakaavan muuntajia. He kutsuivat jälkimmäisiä Sox2:ksi, Zic1:ksi, Grem1:ksi, Spry2:ksi ja Sox18:ksi ja indusoivat yhden tai useamman säätelymoduulin, joka ohjaa näitä morfogeneettisiä tapahtumia.
Nämä viisi moduulia johtavat suomujen silmujen muodostumiseen ja pidentymiseen, haaroittaen niitä ja muuttaen ne höyheniksi.Jokainen heistä vastaa eri prosessista ja toimii koulutuksen eri hetkissä. Näin tuloksena on höyhen, ei teräviä suomuja, höyhenen k altaista ihoa tai kynät.
Höyhenkehityksen pakottaminen alligaattoriin
Geneettiset mekanismit, jotka mahdollistavat höyheniä muuntavien kemiallisten aineiden toiminnan, ovat olemassa ennen itse höyhenrakenteiden ilmestymistä. Tämä on vahvistettu alligaattoreissa ja krokotiileissa, elävissä fossiileissa, joilla on nämä muunnosmekanismit, vaikka niissä ei koskaan näy höyheniä. Miksi niitä ei sitten käsitellä?
Monet dinosaurusfossiilit osoittavat protosulkia, siirtymärakenteita suomujen ja höyhenten välillä, jotka tunnemme nykyään.
Yllä mainitun artikkelin kirjoittaneet tutkijat päättivät muokata alligaattorialkioiden suomuja muuttaakseen ne höyheniksi, ja he onnistuivat. Katsotaan kuinka he tekivät sen.
Toimenpide alligaattorin saattamiseksi höyheniksi
Olettaessaan, että suomut voidaan muuttaa höyheniksi oikeilla molekyylisignaaleilla, tutkijat käänsivät asianmukaiset molekyylikanavat päälle ja pois päältä alkion kehityksen aikana. Lisäämällä kanojen höyheniin liittyviä geenejä alligaattorin muniin ne aktivoivat (evolutionaarisesti puhuen) hyvin ikivanhoja mekanismeja, jotka mahdollistivat tämän muuntamisen.
Tutkimuksessa mainitut 5 kriteeriä (Sox2, Zic1, Grem1, Spry2 ja Sox18) piti aktivoida alkion kehityksen eri aikoina ihon os alta. Pakottamalla kahden muun, jo tunnetun (retinoiinihapon ja β-kateniinin) ilmentymiseen, he onnistuivat saamaan alligaattorit kehittämään pitkänomaisia suomuja, höyhenten esiasteita.
hiutaleet ja höyhenet
Kuten tutkimus on osoittanut, alligaattorin suomut eivät muutu höyheniksi kuin kytkintä käännetään, mutta molemmat rakenteet ovat saman spektrin ääripäät. Tämän linjan sisällä on protosulkia, pyknokuituja, keratinisoituja höyheniä ja paljon muuta.
Lentäville linnuille tyypillisten höyhenten muodostumiseksi dermiksen ja orvaskeden on "kommunikoitava" keskenään. Tämä johtuu siitä, että kemialliset signaalit tulevat verinahasta ja orvaskeden on vastaanotettava ne. Tätä monimutkaista prosessia välittävät artikkelissa mainitut 5 molekyylitekijää.
Kuten näet, se on erittäin monimutkainen prosessi, koska se edellyttää geneettisten signaalien synkronointia, alkion kehityksen tiettyjä hetkiä ja säätelymekanismien läsnäoloa. Jos kaikki toimii niin kuin pitääkin, alligaattoreissa voi olla höyheniä, mutta höyhenenmuodostusprosessi ei vain tapahdu luonnollisesti niin.
Genetiikan kehitys ja evoluution tutkimus
Alligaattorin alkion saaminen kehittämään höyhenen esiaste-suomuja ei sinänsä ole siivellisten matelijoiden maailman asuttamisen tavoite. Tutkittaessa elävien olentojen olemusta tämä näennäinen saavutus on pieni löytö tiedon tulvassa, jota tarvitaan ymmärtämään, mistä olemme kotoisin.
Höyhenet ovat rakenteita, jotka valloittivat taivaan lämpösäätely- ja seurustelumekanismien avulla. Paljon on vielä selvitettävää, mutta jokainen askel vie meidät lähemmäksi arvoituksia siitä, kuinka maailmasta tuli sellainen, jonka näemme silmiemme edessä.
