Naukowcy z Uniwersytetu Kyushu w Japonii odkryli kluczowy mechanizm, który decyduje o tym, czy ptaki mogą wzbić się w powietrze, czy też - jak emu - pozostają na ziemi. Wyniki najnowszych badań, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie "Nature Communications", wskazują na istotny moment ewolucji szkieletu ptaków. Okazuje się przy tym, że o zdolności do lotu decyduje nie tyle zestaw genów, co precyzyjny moment aktywacji pewnego sygnału molekularnego podczas rozwoju zarodkowego.
- Najnowsze informacje z kraju i ze świata na RMF24.pl. Bądź na bieżąco.
Podstawowym elementem anatomicznym, który umożliwia ptakom latanie, jest wydatna, przypominająca ostrze kostna struktura zwana grzebieniem mostka. To właśnie do niego przyczepiają się potężne mięśnie piersiowe, generujące siłę niezbędną do machania skrzydłami. U ptaków latających, takich jak kurczaki czy orły, grzebień mostka jest dobrze rozwinięty. U nielotnych, jak emu czy struś, ta struktura praktycznie nie występuje.
Zespół badawczy z Fukuoki postanowił przyjrzeć się bliżej, jak powstaje mostek u dwóch gatunków: kury, która choć mistrzem latania nie jest, to zachowała tę zdolność, a także emu - dużego, nielotnego ptaka z Australii. Analizując rozwój zarodków obu gatunków naukowcy odkryli, że początkowe etapy formowania mostka przebiegają niemal identycznie. Po obu stronach zarodka pojawiają się tzw. komórki progenitorowe mostka, które następnie łączą się w centralnej części ciała.
Różnice pojawiają się dopiero na określonym etapie rozwoju, w tak zwanym stadium 34., czyli mniej więcej w jednej trzeciej drogi od zapłodnienia do wyklucia. U kurczaków komórki progenitorowe nadal intensywnie się dzielą, co prowadzi do powstania wyraźnego grzebienia mostka. U emu natomiast komórki te szybko dojrzewają do postaci chrząstki i przestają się dzielić, przez co ta struktura się nie rozwija.
Naukowcy z Uniwersytetu Kyushu odkryli, że za ten proces odpowiada szlak sygnałowy Transformującego Czynnika Wzrostu beta (TGF-β) - molekularny "przełącznik czasu", który reguluje tempo podziałów komórkowych. Zarówno u kur, jak i emu, TGF-β pozostaje aktywne do stadium 34. U emu wyłącza się wtedy, natomiast u kur działa jeszcze około dwóch dni dłużej, aż do stadium 36., dając komórkom możliwość tworzenia grzebienia mostka.
"To przykład tzw. heterochronii, czyli sytuacji, w której niewielka zmiana w czasie rozwoju prowadzi do poważnych różnic anatomicznych" - wyjaśnia współautor publikacji, prof. Yuji Atsuta z Uniwersytetu Kyushu. Kurczaki i emu miały około 100 milionów lat temu wspólnego przodka, a dziś różni je zaledwie kilka etapów aktywności jednego szlaku sygnałowego. To drobna zmiana, która decyduje jednak o obecności lub braku grzebienia mostka, a w konsekwencji - o zdolności do lotu. Okazuje się, że czasami o losie całego gatunku decyduje jeden, precyzyjnie ustawiony "przełącznik czasu" w zarodku.
Odkrycie to nie tylko pogłębia wiedzę na temat ewolucji ptaków, ale może mieć również znaczenie dla medycyny człowieka. Naukowcy zwracają uwagę, że podobny mechanizm może leżeć u podstaw niektórych wad rozwojowych klatki piersiowej, takich jak pectus excavatum (tzw. lejkowata klatka piersiowa), gdzie dochodzi do nadmiernego rozrostu komórek progenitorowych mostka. Lepsze zrozumienie regulacji szlaku TGF-β może w przyszłości pomóc w opracowaniu nowych metod leczenia tych schorzeń.
