β角蛋白是支持鳥類飛行的重要因素
鳥類羽毛的主要成分是蛋白質(zhì),同時還含有部分β角蛋白,β角蛋白在鳥類的鱗片及爪子、鱷魚、變色龍中也有發(fā)現(xiàn),而哺乳動物的毛發(fā)和指甲中存在相似但不同的α角蛋白。β角蛋白一直以來都是鱗片、羽毛和爪子的重要成分,經(jīng)歷了上百萬年的進化,它形成了幾個不同的種類。來自南加州大學的生物學家RogerSawyer長期研究β角蛋白,隨著近年來研究工具的快速更新,他的研究已經(jīng)通過生物化學、免疫學到達了分子層面。Sawyer帶領的研究團隊已鑒定出自3億年前蛋白質(zhì)出現(xiàn)之后的眾多β角蛋白種類,在這之間,有一種氨基酸序列(31個殘基長)在各個物種中普遍出現(xiàn)并能表達β角蛋白,但所表達的β角蛋白隨物種不同而存在輕微不同。
由于技術(shù)進步,許多現(xiàn)代鳥類的完整基因組已被測出,包括斑胸草雀(zebrafinch)、雞、火雞?;C據(jù)顯示雞與火雞于1億年前開始分異,它們的基因序列也提供了一個可供比較的分異時間。通過比較β角蛋白基因在現(xiàn)代鳥類基因組中的細節(jié)以及它的主人花了多久才獲得目前的差異性,Sawyer的團隊獲得了β角蛋白的進化歷程。
不過如Sawyer和MatthewGreenwold不久前的研究顯示,羽毛中β角蛋白家族與羽毛本身的進化歷程卻不相同。例如赫氏近鳥龍(Anchiornishuxleyi)是1.55億年前的全羽毛化石,它羽毛中的β角蛋白在1.43億年前才開始進化出自身的顯著特征,而在1.25億年前,β角蛋白經(jīng)歷了一個急劇發(fā)展時期。研究還顯示,鱗片及爪子中的β角蛋白比羽毛中出現(xiàn)要早,這表明,越早發(fā)現(xiàn)的羽毛其含有的β角蛋白與鱗片及爪子(一種更為原始、廣義的羽毛)中的β角蛋白越相近。
這一結(jié)論與對早期羽毛生物物理學研究所得到的早期羽毛不支持飛行的結(jié)論一致。由于缺少主軸提供的支撐力和β角蛋白提供的韌性,擁有早期羽毛的生物恐怕都并非為了飛行而擁有羽毛。許多學者猜測,羽毛的出現(xiàn)最初可能僅是為了調(diào)控體溫。有研究報道在現(xiàn)代鳥類羽毛中發(fā)現(xiàn)了大量β角蛋白序列,這比1.25億年前要多得多,β角蛋白隨著鳥類的進化而快速進化著。Greenwold說,一定存在某一事件使得β角蛋白能夠如此快速的發(fā)展,從而令β角蛋白在動物身上起到如此關鍵的作用(提供飛行支撐力)。Sawyer和MatthewGreenwold計劃研究不會飛行的駝鳥和鴯鹋,或許它們能給出更為明確的答案。(新華網(wǎng))