本文轉(zhuǎn)載自公眾號“環(huán)球科學(xué)”（id：huanqiukexue）

雞胚胎發(fā)育第12天長出的類似恐龍原始羽毛的羽毛丨Rory Cooper & Michel Milinkovitch

但是他們還想不明白為什么雞會拒絕。

撰文 | 冬鳶

審校 | 二七

提到羽毛，我們立即會聯(lián)想到鳥兒；提到鳥兒，我們會立即聯(lián)想到飛翔；提到飛翔，我們又不得不說回羽毛在其中的作用。

圖片來源：unsplash

鳥類是當(dāng)今世界上唯一擁有羽毛的生物類群，不同類型的羽毛相互配合，給了它們展翅翱翔的能力。它們流線型身體上被覆著許多能夠巧妙利用空氣動力學(xué)的不對稱正羽，有時羽片尖端扣緊互鎖，形成能夠防風(fēng)的光滑表面；有時羽支結(jié)構(gòu)松散且蓬松，能夠在飛行過程中減少散熱。

但地球上最早出現(xiàn)的羽毛，并不是如今的形狀，也并不在鳥類的身上。雖然關(guān)于羽毛的演化起源一直存在廣泛爭議，但古生物學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)育生物學(xué)的研究表明，羽毛最早的形態(tài)叫做“原始羽毛”（proto-feathers），大約出現(xiàn)在2億年前的某些非鳥類恐龍身上。一些古生物學(xué)家還認(rèn)為，原始羽毛可能在約2.4億年前的三疊紀(jì)早期，就出現(xiàn)在了恐龍和翼龍的共同祖先身上。

在3月20日發(fā)表于《公共科學(xué)圖書館·生物學(xué)》（PLOS Biology）的一項研究中，科學(xué)家就試圖讓雞長出這種消失已久的原始羽毛，但他們最終只成功了一半。不過在講這個故事之前，我們先回顧一下羽毛的過往。

實驗設(shè)計丨Fabrice Berger & Michel Milinkovitch 2025

恐龍的羽毛

不同于現(xiàn)代鳥類的羽毛，原始羽毛沒有分支和羽軸、也沒有現(xiàn)代羽毛基部內(nèi)陷的毛囊，只是簡單的從皮膚表面延伸出的圓柱狀中空細(xì)絲結(jié)構(gòu)。它們最初的作用也與飛行毫無關(guān)聯(lián)，科學(xué)家猜測，其最初的功能可能是維持體溫，也可能具有裝飾或偽裝的作用，因為有化石證據(jù)表明一些原始羽毛或許有明顯的顏色。

截至 2019 年，恐龍羽毛分布的系統(tǒng)樹丨Cladogram by Kiwi Rex - Phylogeny and integument description based on Benton et al. (2019)CC BY-SA 4.0

而在隨后的漫漫歷史長河中，原始羽毛漸漸演化成了如今我們熟悉的樣子。

從20世紀(jì)90年代開始，一系列重磅化石發(fā)現(xiàn)證明，獸腳類恐龍（一類主要靠后肢行走的肉食性恐龍）的多個支系中存在不同形態(tài)的羽毛。侏羅紀(jì)的許多恐龍已經(jīng)兼具類似原始羽毛的簡單羽毛，以及類似如今鳥類絨羽和正羽的復(fù)雜羽毛。而約1.5億年前的始祖鳥已經(jīng)出現(xiàn)了現(xiàn)代式不對稱飛羽及部分鳥類骨骼特征。

到了白堊紀(jì)早期，恐龍羽毛的形態(tài)更是五花八門，小盜龍身上的不對稱羽毛特征已經(jīng)讓不少科學(xué)家認(rèn)為其具有飛行能力。而在白堊紀(jì)晚期，手盜龍類恐龍的翅膀與尾部已完全具備擁有空氣動力學(xué)特征的正羽，讓它們得以飛行。

圖片來源：《環(huán)球科學(xué)》2024年9月刊《羽毛的演化藝術(shù)》/Maria Amorette Klos

讓雞長出恐龍羽毛

羽毛形態(tài)和功能的不斷演化，離不開介導(dǎo)羽毛形態(tài)發(fā)生的分子信號的改變。但不論是如今的復(fù)雜鳥類羽毛，還是簡單的原始羽毛，在胚胎發(fā)育早期的分子信號傳導(dǎo)和形態(tài)發(fā)生過程卻近乎相同。不僅如此，羽毛與其他皮膚附屬物，比如毛發(fā)和鱗片，在胚胎發(fā)育早期的過程也十分相似。只是在發(fā)育到一定階段的時候，不同的分子信號通路讓它們長成了特定的樣子。

對于現(xiàn)代鳥類羽毛的形成，十分重要的一個分子信號通路叫做sonic hedgehog（Shh），對于羽毛的羽支形成十分重要。在2023年發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》（Science Advances）上的研究中，研究者通過促進(jìn)Shh通路，成功把雞腿部的鱗片變成了羽毛。而在發(fā)表于《公共科學(xué)圖書館·生物學(xué)》的這項新研究中，科學(xué)家則反其道而行之，試圖通過抑制Shh通路，讓雞的羽毛不再擁有復(fù)雜特征，回歸原始羽毛的簡單結(jié)構(gòu)。

研究中雞胚胎的羽毛生長過程丨原論文

于是，他們在雞胚胎發(fā)育的第9天，也就是羽芽（feather-bud，羽毛的原基）長成之前，向其精確靜脈注射了一種叫做sonidegib的藥物，這種藥物可以抑制Shh通路的信號傳導(dǎo)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雞胚胎開始長出類似原始羽毛的結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)簡單，無分支，也沒有內(nèi)陷的毛囊。

但這只持續(xù)了很短的時間，從胚胎發(fā)育的第14天起，雞胚胎中羽毛的形態(tài)開始漸漸恢復(fù)成正常的鳥類羽毛形態(tài)。原本休眠的毛囊被重新激活，最終發(fā)育成了羽毛正常的雞。

該研究的通訊作者M(jìn)ichel Milinkovitch總結(jié)說：“我們的實驗表明，雖然發(fā)育過程中的短暫干擾可以永久性地將腳部鱗片變成羽毛，但要永久性地破壞羽毛發(fā)育本身卻要困難得多。顯然，在演化過程中，相互作用的基因網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變得非常強(qiáng)大，即使在巨大的遺傳或環(huán)境干擾下，也能確保羽毛的正常發(fā)育。現(xiàn)在最大的挑戰(zhàn)是了解基因相互作用是如何改變的，從而塑造了從恐龍時期到現(xiàn)在的羽毛演化過程。”

到了今天，最簡單的原始羽毛已經(jīng)隨著恐龍的滅絕而消失，但在如今的鳥類中，羽毛的演化歷程仍在繼續(xù)。貓頭鷹羽毛的獨特結(jié)構(gòu)能夠幫助它們更好地聽到獵物的聲音；蜂鳥羽毛演化出了極其堅韌的羽干，有助于它們高頻振翅；放棄了飛行的企鵝，羽毛演化得更加堅硬，在翅膀和身體表面形成了一個有紋理的表面，便于它們游泳……

圖片來源：《環(huán)球科學(xué)》2024年9月刊《羽毛的演化藝術(shù)》/Maria Amorette Klos

而其中的分子生物學(xué)秘密，還待科學(xué)家們進(jìn)一步揭開。

參考文獻(xiàn)

[1]https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003061#pbio.3003061.ref017

[2]https://www.eurekalert.org/news-releases/1076748

[3]https://www.eurekalert.org/news-releases/1077117

[4]https://www.cell.com/trends/ecology-evolution/abstract/S0169-5347(19)30140-5?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0169534719301405%3Fshowall%3Dtrue

[5]https://www.annualreviews.org/content/journals/10.1146/annurev-animal-022513-114127

[6]https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10191425/

[7]https://www.nhm.ac.uk/discover/news/2025/february/origin-feathers-remains-mystery.html

《環(huán)球科學(xué)》2024年9月刊《羽毛的演化藝術(shù)》

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