生態與演化 科學報導 遺傳學

恐龍的嬰兒臉

當代研究者相信現生鳥類是由兩隻腳走路為主的獸腳亞目恐龍(Theropoda)演化而來,這個名詞也許陌生,但相信許多人耳熟能詳的暴龍與迅猛龍就在此類群中。恐龍與今日鳥類的關係,雖然早在湯瑪士赫胥黎(Thomas Huxley,十九世紀的英國生物學家)的時代就因為骨骼結構與恐龍化石之相似性而提出相關假說。但是要成為共同的認知則必須等到近十多年羽毛恐龍的發現,才得到更具信服性的證據也因為鳥類與恐龍的關聯性,許多研究團隊致力於用鳥類作為模型來”擬似”、推測早已滅絕的恐龍。

然而,鳥類的外型特徵與恐龍化石所顯示的型態簡直差了十萬八千里。先不論巨大的體型差異,單就外觀來看,首先可以發現的便是嘴喙形狀差異甚大。鳥喙完全密合而且上顎骨較為尖銳,現生的爬行動物與恐龍喙部都相對短小而無縫合。因此,科學家嘗試調控胚胎期的基因表現進而修改發育過程,探索是否能以此方法逆向重塑演化的軌跡、重演鳥喙出現的歷程。就在2015年,一篇發表於Evolution期刊上,由哈佛大學的生物學家Arkhat Abzhanov主持的團隊發表文章詳細地描述如何使用抑制子(抑止基因表現與阻礙訊息傳遞的蛋白質)調節兩種基因(Fgf8 Shh)以阻止上顎骨的縫合[2]。此外,此研究團隊也阻礙了雞胚胎中的WNT訊息路徑,進而抑制上顎骨的突出延長。他們的實驗結果顯示,當抑制程度越高,會使雞胚胎嘴喙部分發育得成越來越像現存的鱷魚(如圖)。而顎骨也會較為接近化石解剖中顯示的恐龍顎骨型態。

因此,本文章一方面報告新穎的研究成果,另一方面也揭示一種融合傳統化石解剖分析、現代發育生物學的研究方向、以及分子生物學中基因調控的新型古生物研究模式。除了研究方法的革新,藉由鳥類胚胎發育配合化石分析的研究,此文章進一步推論一種叫做幼體延續(paedomorphosis[3]的演化模型,試圖解釋鳥類怎麼從巨大的恐龍演化過來,尤其是鳥喙的出現與體型變化。由這篇文章衍生出的討論,發現鳥類其實極度相似於幼小的恐龍。尤其是最古老的鳥類與迅猛龍的晚期胚胎化石在形態學上極度相似[4]。因此,今天的鳥類基本上可說是「娃娃臉」的幼體恐龍,而幼體發育帶動的演化幫助鳥類擁有更大的大腦(如同人類幼體,頭顱與身體的比例遠大於成人)以及擁有更多演化潛能的鳥喙。而藉由幼體延續的演化途徑,使得鳥類的祖先得到相對成功的體型與器官,使得他們的後裔逃過了白堊紀大滅絕而昌盛繁榮至今。

圖說:由調控上顎與喙的基因,使得雞的胚胎(左)發育出類似鱷魚般(右)鈍頭未密合的型態(中)
圖片出處:
https://doi.org/10.1111/evo.12684

參考文獻:

  1. Grossi B, Iriarte-Díaz J, Larach O, Canals M, Vásquez RA. Walking Like Dinosaurs: Chickens with Artificial Tails Provide Clues about Non-Avian Theropod Locomotion. Farke AA, ed. PLoS ONE. 2014;9(2):e88458. doi:10.1371/journal.pone.0088458
  2. Bhullar BA, Morris ZS, Sefton EM, Tok A, Tokita M, Namkoong B, Camacho J, Burnham DA, Abzhanov A. A molecular mechanism for the origin of a key evolutionary innovation, the bird beak and palate, revealed by an integrative approach to major transitions in vertebrate history. Evolution. 2015 Jul;69(7):1665-77. doi: 10.1111/evo.12684.
  3. The Editors of Encyclopaedia Britannica. Paedomorphosis. Encyclopaedia Britannica. http://goo.gl/4H9Jcx
  4. Bhullar BA, Marugán-Lobón J, Racimo F, Bever GS, Rowe TB, Norell MA, Abzhanov A. Birds have paedomorphic dinosaur skulls. Nature. 2012 Jul 12;487(7406):223-6. doi: 10.1038/nature11146.

撰文陳彥善
審稿│陳 曦

About the author

陳彥善

畢業於台大化學系,博士班畢業於凱斯西儲大學生物化學所,目前除了在學校裡研究基因調控與生殖醫學外。同時於藥廠中擔當新型胰島素開發團隊。期待在investigator中分享與學習。並有機會能站在巨人的肩膀上。

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