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古脊椎所徐星研究員等首次揭示早期羽毛發(fā)育現(xiàn)象
來(lái)源：中國(guó)民主同盟網(wǎng)站 http://www.itjx.net
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2010-05-05
4月29日 出版的英國(guó)《自然》雜志，刊登了中科院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所徐星研究員、山東天宇自然博物館鄭曉廷館長(zhǎng)和地科院地質(zhì)研究所尤海魯研究員有關(guān)羽毛起源和早期演化的重要成果?；趯?duì)發(fā)現(xiàn)于我國(guó)遼西恐龍化石上保存的多種羽毛形態(tài)的分析，徐星等人在世界上首次揭示了早期羽毛的發(fā)育現(xiàn)象，提出完全依據(jù)現(xiàn)代羽毛發(fā)育資料建立的羽毛演化模型需要修訂。
羽毛的起源和演化是進(jìn)化生物學(xué)研究的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)在我國(guó)中生代中晚期形成的地層中發(fā)現(xiàn)的帶羽毛恐龍化石為研究羽毛的起源和早期演化研究提供了大量信息，相關(guān)研究在世界上產(chǎn)生了廣泛關(guān)注。然而，有關(guān)早期羽毛發(fā)育的信息卻非常匱乏，迄今為止沒(méi)有發(fā)表任何重要成果。地處山東平邑縣的山東天宇自然博物館收藏了世界上數(shù)量最多的帶羽毛恐龍化石標(biāo)本。這一研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一，該館館長(zhǎng)鄭曉廷介紹說(shuō)，保存于天宇自然博物館的大量化石標(biāo)本顯示了早期羽毛的形態(tài)變異度是非常大的，這些多變的羽毛形態(tài)為我們理解羽毛起源和早期演化提供了重要的信息。
徐星和鄭曉廷等人觀察和分析了保存于不同種類(lèi)的恐龍和早期鳥(niǎo)類(lèi)化石標(biāo)本上的羽毛形態(tài)，他們發(fā)現(xiàn)過(guò)去依據(jù)現(xiàn)代羽毛發(fā)育資料建立的羽毛演化模型不能完全解釋發(fā)現(xiàn)于恐龍和早期鳥(niǎo)類(lèi)化石上的復(fù)雜多樣的羽毛形態(tài)，其中一些羽毛形態(tài)和現(xiàn)代羽毛存在明顯差別。
研究者重點(diǎn)研究了收藏于山東天宇自然博物館的3件恐龍化石標(biāo)本和1件收藏于古脊椎所的恐龍標(biāo)本，他們發(fā)現(xiàn)了一些非常有趣的現(xiàn)象。在兩件被鑒定為似尾羽龍的標(biāo)本上，保存了非常精美的羽毛印痕。這兩件標(biāo)本代表同一物種的兩個(gè)不同個(gè)體發(fā)育階段：小個(gè)體標(biāo)本代表幼年階段的早期；大個(gè)體標(biāo)本代表幼年階段的晚期。盡管都屬于似尾羽龍，這兩件標(biāo)本上的羽毛卻明顯不同：小個(gè)體標(biāo)本上的飛羽和尾羽都屬于一種近端帶狀正羽，只有初級(jí)飛羽，尾羽明顯大于飛羽；大個(gè)體標(biāo)本上的飛羽和尾羽都呈現(xiàn)典型的正羽形態(tài)，飛羽除了初級(jí)飛羽，還有次級(jí)飛羽，尾羽和飛羽大小差別也不明顯。這些差異有些見(jiàn)于現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)羽毛發(fā)育過(guò)程中，但另外一些則是獨(dú)特的，顯示似尾羽龍的羽毛個(gè)體發(fā)育過(guò)程與現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)羽毛有所不同。因?yàn)橹髁鞯挠鹈莼Ｐ图僭O(shè)早期羽毛和現(xiàn)代羽毛的發(fā)育機(jī)制和過(guò)程是完全一致的，所以似尾羽龍的這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)對(duì)于研究羽毛的起源和早期演化具有非常重要的意義。
從現(xiàn)代羽毛的發(fā)育來(lái)看，Bmp，Noggin 和Shh基因的協(xié)同作用在羽毛的羽軸和羽枝形成過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，調(diào)節(jié)控制羽枝形成和羽枝間細(xì)胞死亡的基因表達(dá)能夠形成不同的羽毛形態(tài)。比如，抑制Shh基因的表達(dá)能夠抑制羽枝的形成，在羽軸兩側(cè)會(huì)形成膜狀羽片。徐星等人推測(cè)，近端帶狀正羽的形成可能也是由Shh基因低濃度表達(dá)或者控制羽枝形成和羽枝間細(xì)胞死亡基因的不完全表達(dá)導(dǎo)致的。這種控制羽枝形成和羽枝間細(xì)胞死亡基因的有限表達(dá)方式可能廣泛存在于原始羽毛當(dāng)中。徐星等在2009年發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院刊》的一篇論文中，報(bào)道了一種加長(zhǎng)的寬絲狀羽，推測(cè)這種羽毛可能沒(méi)有經(jīng)歷羽枝嵴的分化階段，直接由中空的絲狀結(jié)構(gòu)發(fā)育而成，可能代表一種不同于現(xiàn)代羽毛的發(fā)育模式。在發(fā)表于《自然》的這篇論文中，他們指出這種加長(zhǎng)的寬絲狀羽在許多相對(duì)原始的恐龍當(dāng)中都有發(fā)現(xiàn)，確實(shí)代表一種原始羽毛形態(tài)，這種形態(tài)很可能和近端帶狀正羽具有較為相似的基因表達(dá)模式。
一般而言，控制生物結(jié)構(gòu)的發(fā)育機(jī)制是非常保守的，因此，對(duì)某些重要結(jié)構(gòu)的演化復(fù)原常常依據(jù)現(xiàn)生生物的發(fā)育規(guī)律。徐星等有關(guān)早期羽毛發(fā)育過(guò)程的研究卻顯示了羽毛在演化早期階段發(fā)育更具靈活性，發(fā)育機(jī)制更具多樣性，因此，對(duì)于早期羽毛的演化理解不能完全依賴現(xiàn)代羽毛資料。研究者提出，羽毛在早期演化階段產(chǎn)生的一些形態(tài)沒(méi)有延續(xù)到現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)，這些形態(tài)和控制這些形態(tài)形成的發(fā)育機(jī)制都在羽毛演化過(guò)程中消失了。
該研究成果是這一研究小組針對(duì)收藏于山東天宇自然博物館中大量極其重要的帶羽毛恐龍化石標(biāo)本的系列成果之一。研究者表示將會(huì)繼續(xù)這一方向的研究，結(jié)合古生物學(xué)和現(xiàn)代發(fā)育學(xué)資料，進(jìn)一步推動(dòng)羽毛起源和早期演化這一重要方向的研究。 （民盟中科院委員會(huì)提供 選自中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)）
責(zé)任編輯：楊寧
古脊椎所徐星研究員等首次揭示早期羽毛發(fā)育現(xiàn)象
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羽毛的起源和演化是進(jìn)化生物學(xué)研究的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。近年來(lái)在我國(guó)中生代中晚期形成的地層中發(fā)現(xiàn)的帶羽毛恐龍化石為研究羽毛的起源和早期演化研究提供了大量信息，相關(guān)研究在世界上產(chǎn)生了廣泛關(guān)注。然而，有關(guān)早期羽毛發(fā)育的信息卻非常匱乏，迄今為止沒(méi)有發(fā)表任何重要成果。地處山東平邑縣的山東天宇自然博物館收藏了世界上數(shù)量最多的帶羽毛恐龍化石標(biāo)本。這一研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一，該館館長(zhǎng)鄭曉廷介紹說(shuō)，保存于天宇自然博物館的大量化石標(biāo)本顯示了早期羽毛的形態(tài)變異度是非常大的，這些多變的羽毛形態(tài)為我們理解羽毛起源和早期演化提供了重要的信息。
徐星和鄭曉廷等人觀察和分析了保存于不同種類(lèi)的恐龍和早期鳥(niǎo)類(lèi)化石標(biāo)本上的羽毛形態(tài)，他們發(fā)現(xiàn)過(guò)去依據(jù)現(xiàn)代羽毛發(fā)育資料建立的羽毛演化模型不能完全解釋發(fā)現(xiàn)于恐龍和早期鳥(niǎo)類(lèi)化石上的復(fù)雜多樣的羽毛形態(tài)，其中一些羽毛形態(tài)和現(xiàn)代羽毛存在明顯差別。
研究者重點(diǎn)研究了收藏于山東天宇自然博物館的3件恐龍化石標(biāo)本和1件收藏于古脊椎所的恐龍標(biāo)本，他們發(fā)現(xiàn)了一些非常有趣的現(xiàn)象。在兩件被鑒定為似尾羽龍的標(biāo)本上，保存了非常精美的羽毛印痕。這兩件標(biāo)本代表同一物種的兩個(gè)不同個(gè)體發(fā)育階段：小個(gè)體標(biāo)本代表幼年階段的早期；大個(gè)體標(biāo)本代表幼年階段的晚期。盡管都屬于似尾羽龍，這兩件標(biāo)本上的羽毛卻明顯不同：小個(gè)體標(biāo)本上的飛羽和尾羽都屬于一種近端帶狀正羽，只有初級(jí)飛羽，尾羽明顯大于飛羽；大個(gè)體標(biāo)本上的飛羽和尾羽都呈現(xiàn)典型的正羽形態(tài)，飛羽除了初級(jí)飛羽，還有次級(jí)飛羽，尾羽和飛羽大小差別也不明顯。這些差異有些見(jiàn)于現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)羽毛發(fā)育過(guò)程中，但另外一些則是獨(dú)特的，顯示似尾羽龍的羽毛個(gè)體發(fā)育過(guò)程與現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)羽毛有所不同。因?yàn)橹髁鞯挠鹈莼Ｐ图僭O(shè)早期羽毛和現(xiàn)代羽毛的發(fā)育機(jī)制和過(guò)程是完全一致的，所以似尾羽龍的這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)對(duì)于研究羽毛的起源和早期演化具有非常重要的意義。
從現(xiàn)代羽毛的發(fā)育來(lái)看，Bmp，Noggin 和Shh基因的協(xié)同作用在羽毛的羽軸和羽枝形成過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，調(diào)節(jié)控制羽枝形成和羽枝間細(xì)胞死亡的基因表達(dá)能夠形成不同的羽毛形態(tài)。比如，抑制Shh基因的表達(dá)能夠抑制羽枝的形成，在羽軸兩側(cè)會(huì)形成膜狀羽片。徐星等人推測(cè)，近端帶狀正羽的形成可能也是由Shh基因低濃度表達(dá)或者控制羽枝形成和羽枝間細(xì)胞死亡基因的不完全表達(dá)導(dǎo)致的。這種控制羽枝形成和羽枝間細(xì)胞死亡基因的有限表達(dá)方式可能廣泛存在于原始羽毛當(dāng)中。徐星等在2009年發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院刊》的一篇論文中，報(bào)道了一種加長(zhǎng)的寬絲狀羽，推測(cè)這種羽毛可能沒(méi)有經(jīng)歷羽枝嵴的分化階段，直接由中空的絲狀結(jié)構(gòu)發(fā)育而成，可能代表一種不同于現(xiàn)代羽毛的發(fā)育模式。在發(fā)表于《自然》的這篇論文中，他們指出這種加長(zhǎng)的寬絲狀羽在許多相對(duì)原始的恐龍當(dāng)中都有發(fā)現(xiàn)，確實(shí)代表一種原始羽毛形態(tài)，這種形態(tài)很可能和近端帶狀正羽具有較為相似的基因表達(dá)模式。
一般而言，控制生物結(jié)構(gòu)的發(fā)育機(jī)制是非常保守的，因此，對(duì)某些重要結(jié)構(gòu)的演化復(fù)原常常依據(jù)現(xiàn)生生物的發(fā)育規(guī)律。徐星等有關(guān)早期羽毛發(fā)育過(guò)程的研究卻顯示了羽毛在演化早期階段發(fā)育更具靈活性，發(fā)育機(jī)制更具多樣性，因此，對(duì)于早期羽毛的演化理解不能完全依賴現(xiàn)代羽毛資料。研究者提出，羽毛在早期演化階段產(chǎn)生的一些形態(tài)沒(méi)有延續(xù)到現(xiàn)代鳥(niǎo)類(lèi)，這些形態(tài)和控制這些形態(tài)形成的發(fā)育機(jī)制都在羽毛演化過(guò)程中消失了。
該研究成果是這一研究小組針對(duì)收藏于山東天宇自然博物館中大量極其重要的帶羽毛恐龍化石標(biāo)本的系列成果之一。研究者表示將會(huì)繼續(xù)這一方向的研究，結(jié)合古生物學(xué)和現(xiàn)代發(fā)育學(xué)資料，進(jìn)一步推動(dòng)羽毛起源和早期演化這一重要方向的研究。 （民盟中科院委員會(huì)提供 選自中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)）
責(zé)任編輯：楊寧
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