Вчені виростили модифіковані курячі ембріони, вони мають пір’я динозаврів

Сучасні птахи асоціюються з пір’ям, яке дозволяє їм літати, прикрашає їх і захищає від холоду. Проте історія цього органу сягає корінням у далеке минуле, коли пір’я прикрашало не птахів, а їхніх предків — динозаврів. Нове дослідження, проведене командою Женевського університету, зробило крок до розкриття таємниць еволюції, повернувши курячі ембріони до первісного стану їхніх пращурів. Учені зуміли виростити в лабораторії примітивні трубчасті структури пір’я, схожі на протопір’я, які мільйони років тому вкривали тіла не пташиних динозаврів. Цей прорив став можливим завдяки маніпуляції геном — зокрема, вимкненню одного ключового гена, відомого як Sonic Hedgehog (Shh).

Експеримент, результати якого опубліковано в журналі PLOS Biology, є справжнім зануренням у минуле. Ген Sonic Hedgehog відіграє важливу роль у розвитку пір’я у птахів, контролюючи складні процеси формування їхньої структури. У нормі цей ген сприяє утворенню складного пір’я з гачками та борідками, яке ми бачимо у сучасних птахів. Проте дослідники вирішили перевірити, що станеться, якщо приглушити його активність на ранніх етапах розвитку курячих ембріонів. Результат виявився дивовижним: замість звичного пташиного пір’я почали формуватися прості, трубчасті структури. Такі протопір’їни, що нагадують волоски чи нитки, вважаються найдавнішим типом пір’я, яке з’явилося близько 200 мільйонів років тому у тероподів — групи динозаврів, до якої належать предки сучасних птахів.

Ці первісні пір’я не були призначені для польоту. На думку вчених, вони слугували для теплоізоляції або демонстраційних цілей, наприклад, для залучення партнерів чи відлякування ворогів. Експеримент у Женеві став першим успішним прикладом контрольованого повернення до такого древнього стану в лабораторних умовах. Це досягнення не лише розширює межі експериментальної еволюційної біології, а й підтверджує, що сучасні геноми зберігають приховані сліди своїх далеких предків, які можна активувати за правильних умов.

Цікаво, що ефект від вимкнення гена Sonic Hedgehog виявився не остаточним. Приблизно на 14-й день інкубації ембріони почали демонструвати ознаки відновлення. Попри початкові відхилення у розвитку, сплячі фолікули пір’я активувалися знову, і багато курчат зрештою виростили нормальне оперення. Щоправда, у деяких особин залишалися невеликі лисини, що свідчить про часткову незворотність змін. Така здатність до самовідновлення вразила дослідників. «Набагато складніше остаточно порушити розвиток пір’я, ніж ми припускали», — зазначив Рорі Купер, співавтор дослідження. Ця стійкість генетичних механізмів свідчить про те, що еволюція сформувала надзвичайно міцні мережі, які забезпечують надійність розвитку навіть за умов зовнішнього втручання.

Попередні дослідження вже демонстрували, що стимуляція гена Sonic Hedgehog може перетворювати рептильні луски на пір’яподібні структури. Нова робота пішла в протилежному напрямку, довівши, що ген є двостороннім перемикачем: його активація веде до сучасного пір’я, а пригнічення повертає до древніх форм. Ця знахідка підкреслює центральну роль Shh у еволюції пір’я та відкриває нові горизонти для розуміння того, як генетичні механізми дозволяють організмам адаптуватися і змінюватися з плином часу.

Експеримент також став джерелом нових питань. Як саме еволюціонували генні мережі, щоб поєднати гнучкість і стійкість? Чому розвиток пір’я зміг відновитися після настільки радикального втручання? За словами головного дослідника Мішеля Мілінковича, відповіді на ці питання можуть пролити світло на те, як у природі з’являються морфологічні новинки, такі як протопір’я чи складне пташине оперення. «Генетичні взаємодії з часом стали надзвичайно міцними, але водночас зберегли здатність до змін», — пояснив він.

Поза межами теоретичної науки ці відкриття можуть мати практичне значення. Розуміння того, як генетичні перемикачі контролюють розвиток, наближає нас до розшифровки еволюційних «чорновиків», захованих у геномах сучасних організмів. У майбутньому це може відкрити двері до відтворення давно втрачених біологічних рис або навіть до створення моделей для біомедичних застосувань, наприклад, у регенеративній медицині.

Цей експеримент — черговий крок до розуміння складних біологічних процесів. Можливо, колись подібні дослідження допоможуть не лише реконструювати давні біологічні риси, а й створювати нові біомедичні технології.