دراسة جديدة تكشف عن أوجه تشابه مروعة بين ريش الديناصورات والطيور

مكنت الأشعة السينية القوية التي تم توليدها في مختبر التسريع الوطني SLAC الباحثين من اكتساب رؤى جديدة حول تطور الريش.

ما مدى ارتباط الديناصورات بطيور اليوم؟ تتعمق دراسة حديثة في هذا السؤال، حيث تبحث في تطور وتغير البروتينات في ريش الديناصورات على مدى ملايين السنين وتحت الحرارة الشديدة.

الدراسات السابقة تشير إلى أن ريش الديناصورات يحتوي على بروتينات تجعله أقل صلابة من ريش الطيور الحديثة. الآن، اكتشف باحثون من جامعة كوليدج كورك (UCC)، ومصدر ضوء إشعاع السنكروترون في ستانفورد (SSRL) في مختبر المسرع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة، ومؤسسات أخرى أن ريش الديناصورات كان في الأصل يحتوي على تركيبة بروتينية مشابهة جدًا لتلك الموجودة في الطيور الحديثة. .

وتعني هذه النتيجة أن كيمياء ريش الطيور الحالية ربما نشأت في وقت أبكر بكثير مما كان يعتقد سابقًا، ربما منذ 125 مليون سنة.

وقالت تيفاني سلاتر، عالمة الحفريات في جامعة كاليفورنيا والمؤلفة الرئيسية للدراسة الجديدة: “من المثير حقًا اكتشاف أوجه تشابه جديدة بين الديناصورات والطيور”. “باستخدام الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء، وجدنا أن الريش من الديناصورات سينورنيثوصور يحتوي على الكثير من بروتينات بيتا، تمامًا مثل ريش الطيور اليوم. وهذا الاكتشاف يؤكد صحة فرضيتنا القائلة بأن طيور الديناصورات كان لها ريش قاس، كما هو الحال في الطيور الحديثة.

جوهر المشكلة هو مزيج البروتين. وجدت الاختبارات السابقة على ريش الديناصورات في الغالب بروتينات ألفا كيراتين، مما يؤدي إلى ريش أقل صلابة، في حين أن ريش الطيور الحديثة غني ببروتينات بيتا كيراتين، التي تقوي الريش للطيران. ومع ذلك، تساءل الباحثون عما إذا كان هذا الاختلاف يعكس الكيمياء الحقيقية للريش أثناء الحياة أم أنه نتيجة لعملية التحجر.

لمعرفة ذلك، تعاونت سلاتر وزميلتها عالمة الحفريات ماريا ماكنمارا، عالمة الحفريات في جامعة كاليفورنيا، مع علماء SSRL لتحليل ريش يعود تاريخه إلى 125 مليون عام من الديناصورات. سينورنيثوصور والطائر المبكر كونفوشيوسورنيسبالإضافة إلى ريشة عمرها 50 مليون سنة من الولايات المتحدة وقد نشروا مؤخرا نتائجهم في المجلة بيئة الطبيعة والتطور.

وللكشف عن البروتينات الموجودة في الريش القديم، وضع الباحثون الحفريات أمام الأشعة السينية القوية الصادرة عن SSRL، والتي كشفت ما إذا كانت المكونات الرئيسية لبروتينات بيتا موجودة أم لا. وقال سام ويب، عالم SSRL، إن هذا ساعد الباحثين على تحديد ما إذا كانت بروتينات بيتا في العينة لا تزال في شكلها “الأصلي” أو إذا كانت قد تغيرت بمرور الوقت – وكيف يحدث هذا التغيير كيميائيًا.

وقال ويب إن الفريق أجرى أيضًا تجارب منفصلة تحاكي درجات الحرارة التي تتعرض لها الحفريات مع مرور الوقت. وأظهرت هذه التجارب أن بروتينات ألفا يمكن أن تتشكل في الحفرية نتيجة لعملية التحجر، بدلا من أن تكون جزءا من الريشة أثناء الحياة.

وأظهر التحليل أنه في حين أن بعض الريش الأحفوري يحتوي على الكثير من بروتينات ألفا، فمن المحتمل أنها لم تكن موجودة في الأصل، ولكنها تشكلت مع مرور الوقت. لقد تشكلت بسبب الحرارة العالية الشديدة التي تتعرض لها الحفريات.

وقال سلاتر: “تساعد تجاربنا في توضيح أن هذا التناقض الكيميائي الغريب هو نتيجة لتدهور البروتين أثناء عملية التحجر”. “وبالرغم من أن بعض ريش الديناصورات يحتفظ بآثار بروتينات بيتا الأصلية، إلا أن الريش الأحفوري الآخر يحتوي على بروتينات ألفا التي تشكلت أثناء التحجر”.

وقال ويب: “إن فكرة أن تركيبات البروتين الأصلية قد تتغير بمرور الوقت هي جانب غالبًا ما يتم تجاهله عند النظر إلى المؤشرات الحيوية من العصور القديمة”. “إن مقارنة نتائج التحليل الطيفي للأشعة السينية لدينا مع القياسات المعملية الإضافية لعينات الريش المسخنة تجريبياً ساعدت في معايرة النتائج التي توصلنا إليها.”

وقالت ماريا ماكنمارا، كبيرة الباحثين في الدراسة: “من الواضح أن آثار الجزيئات الحيوية القديمة يمكن أن تبقى على قيد الحياة لملايين السنين، لكن لا يمكنك قراءة السجل الأحفوري حرفيًا لأنه حتى الأنسجة الأحفورية المحفوظة جيدًا قد تم طهيها وسحقها أثناء التحجر”.

وقال ماكنمارا: “نحن نعمل على تطوير أدوات جديدة لفهم ما يحدث أثناء التحجر وكشف الأسرار الكيميائية للحفريات”. “هذا سيعطينا رؤى جديدة ومثيرة حول التطور.”

المرجع: “الحفاظ على بروتينات بيتا القرنية في الدهر الوسيط “الريش” بقلم تيفاني س. سلاتر، ونيكولاس بي. إدواردز، وصامويل إم. ويب، وفوتشينغ تشانغ، وماريا إي. ماكنمارا، 21 سبتمبر 2023، بيئة الطبيعة والتطور.
دوى: 10.1038/s41559-023-02177-8