Насколько тесно связаны динозавры с современными птицами? Недавнее исследование углубляется в эту проблему, изучая, как белки в перьях динозавров развивались и менялись на протяжении миллионов лет и экстремальных температур. Мощные рентгеновские лучи, произведенные Национальной ускорительной лабораторией SLAC, дают исследователям новое представление об эволюции перьев.

Новое исследование показывает, что белковый состав перьев динозавров аналогичен белковому составу перьев современных птиц, что намекает на раннее происхождение химии перьев птиц, возможно, 125 миллионов лет назад. Исследование показало, что α-белок в ископаемых перьях, скорее всего, образовался под воздействием тепла в процессе окаменения, а не существовал изначально. (Художественная концепция перьев динозавра).

Предыдущие исследования показали, что перья динозавров содержат белки, которые делают их менее жесткими, чем перья современных птиц. Теперь исследователи из Университетского колледжа Корка (UCC), Стэнфордского источника синхротронного излучения (SSRL) Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и других учреждений обнаружили, что первоначальный белковый состав перьев динозавров был очень похож на состав перьев современных птиц.

Этот результат означает, что химический состав перьев современных птиц мог возникнуть гораздо раньше, чем считалось ранее, возможно, уже 125 миллионов лет назад.

«Очень интересно обнаружить новые сходства между динозаврами и птицами», — сказала Тиффани Слейтер, палеонтолог из UCC и первый автор нового исследования. «Используя рентгеновские лучи и инфракрасный свет, мы обнаружили, что перья динозавра Sinornithosaurus содержат большое количество бета-белка, как и перья современных птиц. Это открытие подтверждает нашу гипотезу о том, что у птиц-динозавров были жесткие перья, как и у современных птиц».

Ключом является сочетание белков. Более ранние исследования перьев динозавров показали, что перья динозавров содержат в основном альфа-кератин, белок, который делает перья менее жесткими, в то время как перья современных птиц богаты бета-кератином, белком, который улучшает способность перьев летать. Тем не менее, исследователи хотели знать, отражает ли эта разница истинный химический состав перьев при жизни или это артефакт процесса окаменения.

Чтобы выяснить это, Слейтер и палеонтолог UCC Мария Макнамара, работая с учеными SSRL, проанализировали перья динозавров Sinornithosaurus и ранней птицы Confuciusornis возрастом 125 миллионов лет, а также перо возрастом 50 миллионов лет из Соединенных Штатов.

Чтобы обнаружить белки в древних перьях, исследователи подвергли окаменелости мощному рентгеновскому излучению SSRL, которое может показать, присутствуют ли ключевые компоненты бета-белков. Ученый SSRL Сэм Уэбб говорит, что это помогает исследователям определить, находится ли бета-белок в образце в своем «родном» состоянии или изменился с течением времени, и как это изменение происходит химически.

Вебер сказал, что команда также провела отдельные эксперименты, моделируя температуру, которой подвергались окаменелости с течением времени. Эти эксперименты предполагают, что альфа-белок в окаменелости мог образоваться во время окаменелости, а не быть частью жизненного процесса пера.

Анализ показал, что, хотя некоторые ископаемые перья содержат большое количество альфа-белка, они, скорее всего, не существовали там изначально, а развились с течением времени. Они образовались потому, что окаменелости подверглись сильной жаре.

«Наши эксперименты помогают объяснить, почему эта странная химическая разница является результатом деградации белка во время окаменения», — сказал Слейтер. «Таким образом, хотя некоторые перья динозавров сохраняют следы исходного бета-белка, другие ископаемые перья содержат альфа-белки, которые образовались во время окаменения».

«Состав сырого белка может меняться со временем, и этот аспект часто упускают из виду при изучении глубоких биомаркеров», — сказал Вебер. «Сравнение результатов нашей рентгеновской спектроскопии с дополнительными лабораторными измерениями экспериментально нагретых образцов перьев помогает уточнить наши выводы».

Мария Макнамара, старший автор исследования, сказала: «Следы древних биомолекул, очевидно, могут сохраняться в течение миллионов лет, но вы не можете прочитать летопись окаменелостей буквально, потому что даже, казалось бы, хорошо сохранившаяся ископаемая ткань была приготовлена ​​и раздавлена ​​во время окаменения. Мы разрабатываем новые инструменты, чтобы понять, что происходило во время окаменелости, и раскрытие химических тайн окаменелостей предоставит нам захватывающее новое понимание эволюции».