從恐龍到雞：雞喙是如何出現的？

原文以"Dino-chickens reveal how the beak was born為標題

發布在2015年5月12日的《自然》新聞上

原文作者：Ewen Callaway

修改雞胚胎，就能讓小雞長出類似恐龍的口鼻部。

通過修改構建雞喙的分子，生物學家創造出了長著「恐龍臉」的雞胚胎。

這項研究的詳細內容發表在2015年5月12日的《演化》期刊上。研究的共同作者、芝加哥大學的考古學家Bhart-Anjan Bhullar表示，他們並不想打造一群「恐龍雞」，也不想復活恐龍。「我們並不想帶回真正的『恐龍雞』——無論那個過渡物種叫什麼名字。」據他所說，團隊想探索的問題是，在1.5億餘年前演化為鳥類時，恐龍的口鼻部是怎麼演變為鳥喙的。

從恐龍到鳥類的過渡是混亂的——並沒有什麼能區分最初的鳥類和它們的食肉恐龍祖先的明確解剖特徵。但在鳥類演化的早期階段，前上頜骨（組成恐龍和爬行動物口鼻部的一對骨頭）變長了，並且連接在一起，形成了今天的鳥喙。「（鳥類）形成了一種單一的結構，而不是像其它所有脊椎動物一樣，在口鼻部兩側各有一塊小骨頭，」Bhullar說。

為了更好地理解這些骨頭是如何連接在一起的，一支由Bhullar和哈佛大學的演化生物學家Arhat Abzhanov領導的團隊分析了雞和鴯鶓的喙，以及鱷魚、蜥蜴和海龜的口鼻部在胚胎中的發育。他們推斷，爬行動物和恐龍的口鼻部從前上頜骨發育出來的過程是類似的，而這一發育路徑在鳥類演化的過程中發生了改變。

即將孵化的雞胚胎的頭骨通常都長有喙（左圖），但當某些蛋白質被阻斷時（中圖），雞胚胎就會發育出由兩塊骨頭組成的爬行動物式的口鼻部，與現代鱷魚（右圖）很相像。

Bhart-Anjan Bhullar

團隊發現，兩種已知控制面部發育的蛋白質——FGF和Wnt蛋白在鳥類和爬行動物胚胎中的表達是不同的。在爬行動物中，這些蛋白質活躍在胚胎中發育為面部的兩個小區域。而在鳥類中，這兩種蛋白質在胚胎同一區域中的很大範圍內都有表達。Bhullar認為，這一結果或許表明FGF和Wnt活動的改變促成了喙的演化。

為了檢驗這一觀點，團隊在數十個發育中的雞蛋中添加了生物化學物質，以阻斷兩種蛋白質的活動。Bhullar表示，研究者並沒有真的把這些雞蛋孵出來，因為他們沒有把這一步寫進獲批的研究方法中，而是觀察了即將孵化的小雞的面部。

它們與FGF和Wnt蛋白質沒有受到阻斷的小雞略有不同。Bhullar說，在蛋白質被阻斷的小雞中，原本會成為鳥喙的部位仍然有一塊皮膚相連，因此差異並不明顯：「如果只看它們的外表，你會覺得那就是喙，但如果看到了骨架，你就會感到非常困惑；我不會說我們讓鳥長出了口鼻部。」

在一些胚胎中，前上頜骨部分融合在了一起，而在另一些中，兩塊骨頭是分開的，但短了許多，還有一些看上去與普通小雞的胚胎沒有什麼差異。團隊用CT掃描儀對它們的頭骨進行了數字建模，發現比起未經改造的小雞，其中一些胚胎的前上頜骨更像始祖鳥（Archaeopteryx）等早期鳥類，或伶盜龍（Velociraptor）之類的恐龍。

「這很酷！」哈佛醫學院的發育生物學家Clifford Tabin表示。他認為，Bhullar的團隊為FGF和Wnt蛋白表達的改變塑造了鳥喙提供了強有力的證據。然而，識別出導致鳥喙形成的遺傳變化將會困難得多。

這些變化可能發生在編碼FGF和Wnt蛋白的基因中，也有可能發生在相關生物化學通路的基因中，或者在影響基因表達的「調控」DNA中。如果能找出這種改變，人們或許就能通過修改雞的基因組來融入這些變化（相反，人們也能通過基因組編輯技術讓爬行動物更像鳥類）。

蒙大拿州立大學的古生物學家Jack Horner希望能用遺傳學方法讓雞長出類似恐龍的尾巴。在一篇發表於2014年的論文中，他的團隊識別出了可能與現代鳥類尾部消失有關的變異。然而，Horner說，將這些發現用於改造「恐龍雞」並不容易：「我們在尾巴上遇到了一些困難。尾巴的組成部分太多了。」他補充道，人們也可以通過修改發育蛋白來改變其它解剖特徵：「這帶給了我們許多機會，讓我們得以思考新物種的創造。」

Bhullar說，他很敬佩Horner的志向，但自己對重現演化場景、揭示出演化如何創造新結構更有興趣。他的實驗室還計劃通過復原古代的解剖結構來研究哺乳動物的頭骨擴大和鱷魚的反常下肢。「我認為在沒有時光機的情況下，（這種方法）是探究過去的最好方法，」他說。

Naturedoi:10.1038/nature.2015.17507