Από τους δεινόσαυρους στα πουλιά: Η προέλευση του σχηματισμού φτερών

Το δίκτυο των αλληλεπιδρώντων γονιδίων που καθορίζουν τα φτερά είναι πολύ ισχυρό, διασφαλίζοντας τη σωστή ανάπτυξή τους ακόμη και κάτω από σημαντικές γενετικές ή περιβαλλοντικές διαταραχές.Από: Fabrice Berger & Michel Milinkovitch 2025.

Η αλλαγή της έκφρασης του αποκαλούμενου γονιδίου «Sonic Hedgehog» μπορεί να μεταμορφώσει τα λέπια των ποδιών και τα φτερά. Ενώ μια παροδική υπερέκφραση του γονιδίου μπορεί να μετατρέψει μόνιμα τα λέπια των ποδιών σε φτερά, είναι πολύ πιο δύσκολο να διαταραχθεί η ίδια η ανάπτυξη των φτερών. 

Η μορφογένεση των πρωτο-φτερών

Τα φτερά είναι από τα πιο περίπλοκα δερματικά εξαρτήματα στο ζωικό βασίλειο. Ενώ η εξελικτική τους προέλευση έχει συζητηθεί ευρέως, παλαιοντολογικές ανακαλύψεις και μελέτες αναπτυξιακής βιολογίας υποδηλώνουν ότι τα φτερά εξελίχθηκαν από απλές δομές γνωστές ως πρωτο-φτερά. Αυτές οι πρωτόγονες δομές, που αποτελούνται από ένα μόνο σωληνοειδές νήμα, εμφανίστηκαν πριν από περίπου 200 εκατομμύρια χρόνια σε ορισμένους δεινόσαυρους. 

Οι παλαιοντολόγοι συνεχίζουν να συζητούν την πιθανότητα ακόμη και παλαιότερης παρουσίας τους στον κοινό πρόγονο των δεινοσαύρων και των πτερόσαυρων (τα πρώτα ιπτάμενα σπονδυλωτά με μεμβρανώδη φτερά) πριν από περίπου 240 εκατομμύρια χρόνια. 

Τα πρωτο-φτερά είναι απλά, κυλινδρικά νημάτια. Διαφέρουν από τα σύγχρονα φτερά από την απουσία ακίδων και ραβδώσεων, και από την έλλειψη ωοθυλακίου - μια διήθηση στη βάση τους. Η εμφάνιση των πρωτοφτερών πιθανότατα σηματοδότησε το πρώτο βασικό βήμα στην εξέλιξη των φτερών, παρέχοντας αρχικά θερμομόνωση και νέα οπτική διάσταση προτού τροποποιηθούν σταδιακά κάτω από τη φυσική επιλογή για να δημιουργήσουν τις πιο περίπλοκες δομές που επέτρεψαν την πτήση. 

Το εργαστήριο του Michel Milinkovitch, καθηγητή στο Τμήμα Γενετικής και Εξέλιξης στη Σχολή Επιστημών στο UNIGE, μελετά το ρόλο των μονοπατιών μοριακής σηματοδότησης (συστήματα επικοινωνίας που μεταδίδουν μηνύματα εντός και μεταξύ των κυττάρων), όπως η οδός Sonic Hedgehog (Shh), στην εμβρυϊκή ανάπτυξη στις σύγχρονες τρίχες, και στα λέπια. Η δουλειά του έχει δημοσιευτεί στο PLOS Biology. 

Σε μια προηγούμενη μελέτη, Ελβετοί επιστήμονες διέγειραν το μονοπάτι Shh με έγχυση ενός μορίου ενεργοποίησης στα αιμοφόρα αγγεία των εμβρύων κοτόπουλου και παρατήρησαν την πλήρη και μόνιμη μετατροπή των φολίδων σε φτερά στα πόδια του πουλιού. Κατά τη 12η ημέρα της επώασης, τα μπουμπούκια των φτερών εμφανίζουν διαμήκεις περιοχές κυτταρικής πυκνότητας που αντιστοιχούν στις ακίδες του μελλοντικού πούπουλου φτερού. Από: Rory Cooper & Michel Milinkovitch.

Αναδημιουργώντας τα  πρωτο-φτερά δεινοσαύρων

 «Δεδομένου ότι η οδός Shh παίζει κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη φτερών, θέλαμε να παρατηρήσουμε τι συμβαίνει όταν αναστέλλεται», εξηγεί ο Rory Cooper, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Milinkovitch και συν-συγγραφέας της μελέτης. 

Με την έγχυση ενός μορίου που μπλοκάρει την οδό σηματοδότησης Shh την ένατη ημέρα της εμβρυϊκής ανάπτυξης - λίγο πριν εμφανιστούν μπουμπούκια  στα φτερά - οι δύο ερευνητές παρατήρησαν το σχηματισμό μη διακλαδισμένων και μη εμβολιασμένων μπουμπουκιών, που μοιάζουν με τα υποτιθέμενα πρώιμα στάδια των πρωτοφτερών. Ωστόσο, από τη 14η ημέρα της εμβρυϊκής ανάπτυξης, η μορφογένεση των φτερών επανήλθε εν μέρει.

 Επιπλέον, αν και οι νεοσσοί εκκολάπτονταν με μπαλώματα γυμνού δέρματος, τα λανθάνοντα υποδόρια ωοθυλάκια επανενεργοποιήθηκαν αυτόνομα, δημιουργώντας τελικά κοτόπουλα με κανονικό φτέρωμα. 

«Τα πειράματά μας δείχνουν ότι ενώ μια παροδική διαταραχή στην ανάπτυξη των λεπιών των ποδιών μπορεί να τα μετατρέψει μόνιμα σε φτερά, είναι πολύ πιο δύσκολο να διαταραχθεί μόνιμα η ανάπτυξη των φτερών», καταλήγει ο Milinkovitch. 

«Σαφώς, κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, το δίκτυο των αλληλεπιδρώντων γονιδίων έχει γίνει εξαιρετικά εύρωστο, διασφαλίζοντας τη σωστή ανάπτυξη των φτερών ακόμη και κάτω από σημαντικές γενετικές ή περιβαλλοντικές διαταραχές. Η μεγάλη πρόκληση τώρα είναι να κατανοήσουμε πώς εξελίσσονται οι γενετικές αλληλεπιδράσεις για να επιτρέψουν την εμφάνιση μορφολογικών καινοτομιών όπως τα πρωτοφτερά».

Γεωδίφης με πληροφορίες από University of Geneva 

Cooper RL, et al. In vivo sonic hedgehog pathway antagonism temporarily results in ancestral proto-featherlike structures in the chicken. PLOS Biology (2025). DOI: 10.1371/journal.pbio.3003061

https://www.unige.ch/, PLoS Biology

https://www.unige.ch/sciences/biologie/application/files/8317/2111/0319/426_Anna_Woszczyk.pdf