从恐龙到鸡：鸡喙是如何出现的？
原文以'Dino-chickens' reveal how the beak was born为标题
发布在2015年5月12日的《自然》新闻上
原文作者：Ewen Callaway
修改鸡胚胎，就能让小鸡长出类似恐龙的口鼻部。
通过修改构建鸡喙的分子，生物学家创造出了长着“恐龙脸”的鸡胚胎。
这项研究的详细内容发表在2015年5月12日的《演化》期刊上。研究的共同作者、芝加哥大学的考古学家Bhart-Anjan Bhullar表示，他们并不想打造一群“恐龙鸡”，也不想复活恐龙。“我们并不想带回真正的‘恐龙鸡’——无论那个过渡物种叫什么名字。”据他所说，团队想探索的问题是，在1.5亿余年前演化为鸟类时，恐龙的口鼻部是怎么演变为鸟喙的。
从恐龙到鸟类的过渡是混乱的——并没有什么能区分最初的鸟类和它们的食肉恐龙祖先的明确解剖特征。但在鸟类演化的早期阶段，前上颌骨（组成恐龙和爬行动物口鼻部的一对骨头）变长了，并且连接在一起，形成了今天的鸟喙。“（鸟类）形成了一种单一的结构，而不是像其它所有脊椎动物一样，在口鼻部两侧各有一块小骨头，”Bhullar说。
为了更好地理解这些骨头是如何连接在一起的，一支由Bhullar和哈佛大学的演化生物学家Arhat Abzhanov领导的团队分析了鸡和鸸鹋的喙，以及鳄鱼、蜥蜴和海龟的口鼻部在胚胎中的发育。他们推断，爬行动物和恐龙的口鼻部从前上颌骨发育出来的过程是类似的，而这一发育路径在鸟类演化的过程中发生了改变。
即将孵化的鸡胚胎的头骨通常都长有喙（左图），但当某些蛋白质被阻断时（中图），鸡胚胎就会发育出由两块骨头组成的爬行动物式的口鼻部，与现代鳄鱼（右图）很相像。
Bhart-Anjan Bhullar
团队发现，两种已知控制面部发育的蛋白质——FGF和Wnt蛋白在鸟类和爬行动物胚胎中的表达是不同的。在爬行动物中，这些蛋白质活跃在胚胎中发育为面部的两个小区域。而在鸟类中，这两种蛋白质在胚胎同一区域中的很大范围内都有表达。Bhullar认为，这一结果或许表明FGF和Wnt活动的改变促成了喙的演化。
为了检验这一观点，团队在数十个发育中的鸡蛋中添加了生物化学物质，以阻断两种蛋白质的活动。Bhullar表示，研究者并没有真的把这些鸡蛋孵出来，因为他们没有把这一步写进获批的研究方法中，而是观察了即将孵化的小鸡的面部。
它们与FGF和Wnt蛋白质没有受到阻断的小鸡略有不同。Bhullar说，在蛋白质被阻断的小鸡中，原本会成为鸟喙的部位仍然有一块皮肤相连，因此差异并不明显：“如果只看它们的外表，你会觉得那就是喙，但如果看到了骨架，你就会感到非常困惑；我不会说我们让鸟长出了口鼻部。”
在一些胚胎中，前上颌骨部分融合在了一起，而在另一些中，两块骨头是分开的，但短了许多，还有一些看上去与普通小鸡的胚胎没有什么差异。团队用CT扫描仪对它们的头骨进行了数字建模，发现比起未经改造的小鸡，其中一些胚胎的前上颌骨更像始祖鸟（Archaeopteryx）等早期鸟类，或伶盗龙（Velociraptor）之类的恐龙。
“这很酷！”哈佛医学院的发育生物学家Clifford Tabin表示。他认为，Bhullar的团队为FGF和Wnt蛋白表达的改变塑造了鸟喙提供了强有力的证据。然而，识别出导致鸟喙形成的遗传变化将会困难得多。
这些变化可能发生在编码FGF和Wnt蛋白的基因中，也有可能发生在相关生物化学通路的基因中，或者在影响基因表达的“调控”DNA中。如果能找出这种改变，人们或许就能通过修改鸡的基因组来融入这些变化（相反，人们也能通过基因组编辑技术让爬行动物更像鸟类）。
蒙大拿州立大学的古生物学家Jack Horner希望能用遗传学方法让鸡长出类似恐龙的尾巴。在一篇发表于2014年的论文中，他的团队识别出了可能与现代鸟类尾部消失有关的变异。然而，Horner说，将这些发现用于改造“恐龙鸡”并不容易：“我们在尾巴上遇到了一些困难。尾巴的组成部分太多了。”他补充道，人们也可以通过修改发育蛋白来改变其它解剖特征：“这带给了我们许多机会，让我们得以思考新物种的创造。”
Bhullar说，他很敬佩Horner的志向，但自己对重现演化场景、揭示出演化如何创造新结构更有兴趣。他的实验室还计划通过复原古代的解剖结构来研究哺乳动物的头骨扩大和鳄鱼的反常下肢。“我认为在没有时光机的情况下，（这种方法）是探究过去的最好方法，”他说。ⓝ
Nature|doi:10.1038/nature.2015.17507
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