摘要: 雞胚中形成喙的是互相融合的一對(duì)頜骨（左）；而在抑制劑處理的雞胚中，頜骨變圓且成對(duì)分開(kāi)（中）；這與短吻鱷的頜骨類似（右）。 作者：伊麗莎白·彭尼西 當(dāng)鳥(niǎo)兒獲得翅膀，它們失去了屬于恐龍親屬們指爪，但也進(jìn)化出了新的“手指”——卻是長(zhǎng)在臉上。那可真是個(gè)好東西：這些靈...
雞胚中形成喙的是互相融合的一對(duì)頜骨（左）；而在抑制劑處理的雞胚中，頜骨變圓且成對(duì)分開(kāi)（中）；這與短吻鱷的頜骨類似（右）。
作者：伊麗莎白·彭尼西
當(dāng)鳥(niǎo)兒獲得翅膀，它們失去了屬于恐龍親屬們指爪，但也進(jìn)化出了新的“手指”——卻是長(zhǎng)在臉上。那可真是個(gè)好東西：這些靈巧的鳥(niǎo)喙形狀和尺寸一應(yīng)俱全，從鵜鶘的“碩口”到蜂鳥(niǎo)的“針鼻”，鳥(niǎo)喙使得從極地到赤道的萬(wàn)種鳥(niǎo)類生生繁衍，讓它們能建出千奇百怪的巣，獲得各種各樣的食物。
如今，研究學(xué)者們可能已經(jīng)鑒定出了使古代動(dòng)物的吻部轉(zhuǎn)變成鳥(niǎo)喙的基因。通過(guò)操縱該基因表達(dá)的蛋白，他們或許能逆轉(zhuǎn)進(jìn)化之鐘，讓發(fā)育中的雞胚長(zhǎng)出相當(dāng)于的短吻鱷的吻部那樣的結(jié)構(gòu)?！拔覀?cè)噲D通過(guò)發(fā)育來(lái)解釋進(jìn)化”，哈佛大學(xué)的進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)家Arhat Abzhanov說(shuō)，他和他的同事一起，在今天的Evolution雜志上描述了這項(xiàng)工作。
然而他們的結(jié)論與一項(xiàng)先前的研究相左。Abzhanov及其學(xué)生Bhart-Anjan Bhullar（如今是芝加哥大學(xué)的博后）表示，即使是那些不同意這一結(jié)果的人，也已經(jīng)提出了一種有力的證明方式：用化石準(zhǔn)確定位出解剖結(jié)構(gòu)的改變途徑，然后，通過(guò)拼接遺傳信號(hào)，試圖在實(shí)驗(yàn)室中概括出其中的變化?！斑@篇論文的價(jià)值在于，他們能夠融匯古生物學(xué)與進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)，”加州大學(xué)舊金山分校（UCSF）的Richard Schneider說(shuō)，他曾建立了鳥(niǎo)喙的進(jìn)化與不同基因之間的聯(lián)系。
為了探究鳥(niǎo)類始祖的面部發(fā)生了怎樣的改變，Bhullar檢測(cè)了恐龍化石，鳥(niǎo)類和短吻鱷以及其他爬行動(dòng)物的顱骨評(píng)分，以不同的角度拍攝了百余張照片，由一臺(tái)電腦將圖像編輯成3D掃描文檔并加以比較。該方法稱為幾何形態(tài)學(xué)（geometric morphometrics），能精確地測(cè)定不同動(dòng)物間骨骼體積、形狀和構(gòu)造的差異。
古代爬行動(dòng)物的吻部頂端由一對(duì)小型骨頭組成，而在現(xiàn)代鳥(niǎo)類身上，這些前頜骨修長(zhǎng)、狹窄且彼此融合，Abzhanov解釋道，這就形成了“面部醒目的，單獨(dú)的一枚大骨”——也就是上嘴喙（upper bill）。遠(yuǎn)古的始祖鳥(niǎo)（Archaeopteryx）揭示了其間的過(guò)渡步驟：它的前頜骨不夠伸展，然而其后的鳥(niǎo)類中，前頜骨逐漸融合。其他一些研究工作也提到了前頜骨在鳥(niǎo)喙進(jìn)化中的情形。
于是，Bhullar檢索了調(diào)控前頜骨發(fā)育遺傳通路的早期研究。對(duì)于小鼠與雞的研究提示了兩條信號(hào)通路：在3日齡的雞胚顏面前部形成時(shí)，一種叫做成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子8（Fibroblast growth factor 8，F(xiàn)gf8）的基因在該處發(fā)生活化；隨后，在成骨伊始，一種叫做WNT的基因協(xié)助引發(fā)了顏面中部的細(xì)胞增殖，并促進(jìn)了此處前頜骨的擴(kuò)展。相反，在哺乳動(dòng)物、蜥蜴、龜和短吻鱷中，WNT基因活性在胚胎側(cè)臉的含量最高。
為了探究這些基因的功能，Bhullar與Abzhanov用WNT與Fgf8蛋白抑制劑處理鳥(niǎo)類胚胎。一旦這兩條通路大部分受到抑制，前頜骨變圓且不再融合——就像鳥(niǎo)類的恐龍親屬那樣，而不是長(zhǎng)得又尖又長(zhǎng)。
令他倆驚訝的是，一塊組成口腔上穹的腭骨也發(fā)生了顯著改變。在很多脊椎動(dòng)物身上，這塊骨頭扁平且與周圍的骨頭融合。然而鳥(niǎo)類的這塊顎骨更小，也不再與周圍有連接，這使得上嘴喙能自由抬升，擴(kuò)大了鳥(niǎo)嘴的容積。在抑制劑處理后，雞胚的腭骨看上去更像其他脊椎動(dòng)物的顎骨：形狀扁平且似乎重新連接了頜骨。Abzhanov表示，研究發(fā)現(xiàn)Fgf8和WNT信號(hào)的改變導(dǎo)致古代鳥(niǎo)類的顱骨“向全新的方向進(jìn)化”，并形成了喙。
然而，并非人人都同意這個(gè)結(jié)論，2014年，UCSF的Nathan Young與Ralph Marcucio與Schneider合作，對(duì)一系列脊椎動(dòng)物胚胎的顱骨進(jìn)行了大量測(cè)量工作，也測(cè)量了鳥(niǎo)類面部發(fā)育過(guò)程中與其他脊椎動(dòng)物發(fā)生分異的節(jié)點(diǎn)。這項(xiàng)工作以及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)支持了Marcucio在2009年提出的觀點(diǎn)：另一個(gè)叫做SHH（sonic hedgehog）的基因?qū)τ卩沟男纬芍陵P(guān)重要。他表示，與Fgf8不同的是，在鳥(niǎo)類胚胎中SHH會(huì)在確切的部位和時(shí)刻發(fā)生活化。
發(fā)育生物學(xué)家Marcucio還擔(dān)心，哈佛大學(xué)團(tuán)隊(duì)觀察到的這種面部形狀的改變可能是他們用的抑制劑引起的非特異性細(xì)胞死亡所致?！皩⒒涗浽鎏淼皆擁?xiàng)研究中的確是重要的一步，然而我覺(jué)得他們找錯(cuò)了方向，”他說(shuō)。Abzhanov與Bhullar反駁道，F(xiàn)gf8與SHH往往共表達(dá)并有可能協(xié)同作用，并且他們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)量的細(xì)胞死亡。
據(jù)第三方預(yù)測(cè)，這場(chǎng)關(guān)于鳥(niǎo)喙的辯論不可能速戰(zhàn)速?zèng)Q。紐約市美國(guó)自然史博物館的進(jìn)化生物學(xué)家Joel Cracraft說(shuō)“毫無(wú)疑問(wèn)，涉及這些途徑的基因有很多，需要把它們區(qū)分開(kāi)來(lái)?！?/p>
