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鸡胚胎发育第12天长出的类似恐龙原始羽毛的羽毛丨Rory Cooper & Michel Milinkovitch
但是他们还想不明白为什么鸡会拒绝。
撰文 | 冬鸢
审校 | 二七
提到羽毛，我们立即会联想到鸟儿；提到鸟儿，我们会立即联想到飞翔；提到飞翔，我们又不得不说回羽毛在其中的作用。
图片来源：unsplash
鸟类是当今世界上唯一拥有羽毛的生物类群，不同类型的羽毛相互配合，给了它们展翅翱翔的能力。它们流线型身体上被覆着许多能够巧妙利用空气动力学的不对称正羽，有时羽片尖端扣紧互锁，形成能够防风的光滑表面；有时羽支结构松散且蓬松，能够在飞行过程中减少散热。
但地球上最早出现的羽毛，并不是如今的形状，也并不在鸟类的身上。虽然关于羽毛的演化起源一直存在广泛争议，但古生物学发现和发育生物学的研究表明，羽毛最早的形态叫做“原始羽毛”（proto-feathers），大约出现在2亿年前的某些非鸟类恐龙身上。一些古生物学家还认为，原始羽毛可能在约2.4亿年前的三叠纪早期，就出现在了恐龙和翼龙的共同祖先身上。
在3月20日发表于《公共科学图书馆·生物学》（PLOS Biology）的一项研究中，科学家就试图让鸡长出这种消失已久的原始羽毛，但他们最终只成功了一半。不过在讲这个故事之前出彩速配，我们先回顾一下羽毛的过往。
实验设计丨Fabrice Berger & Michel Milinkovitch 2025
恐龙的羽毛
不同于现代鸟类的羽毛，原始羽毛没有分支和羽轴、也没有现代羽毛基部内陷的毛囊，只是简单的从皮肤表面延伸出的圆柱状中空细丝结构。它们最初的作用也与飞行毫无关联，科学家猜测，其最初的功能可能是维持体温，也可能具有装饰或伪装的作用，因为有化石证据表明一些原始羽毛或许有明显的颜色。
截至 2019 年，恐龙羽毛分布的系统树丨Cladogram by Kiwi Rex - Phylogeny and integument description based on Benton et al. (2019)CC BY-SA 4.0
而在随后的漫漫历史长河中，原始羽毛渐渐演化成了如今我们熟悉的样子。
从20世纪90年代开始，一系列重磅化石发现证明，兽脚类恐龙（一类主要靠后肢行走的肉食性恐龙）的多个支系中存在不同形态的羽毛。侏罗纪的许多恐龙已经兼具类似原始羽毛的简单羽毛，以及类似如今鸟类绒羽和正羽的复杂羽毛。而约1.5亿年前的始祖鸟已经出现了现代式不对称飞羽及部分鸟类骨骼特征。
到了白垩纪早期，恐龙羽毛的形态更是五花八门，小盗龙身上的不对称羽毛特征已经让不少科学家认为其具有飞行能力。而在白垩纪晚期，手盗龙类恐龙的翅膀与尾部已完全具备拥有空气动力学特征的正羽，让它们得以飞行。
图片来源：《环球科学》2024年9月刊《羽毛的演化艺术》/Maria Amorette Klos
让鸡长出恐龙羽毛出彩速配
羽毛形态和功能的不断演化，离不开介导羽毛形态发生的分子信号的改变。但不论是如今的复杂鸟类羽毛，还是简单的原始羽毛，在胚胎发育早期的分子信号传导和形态发生过程却近乎相同。不仅如此，羽毛与其他皮肤附属物，比如毛发和鳞片，在胚胎发育早期的过程也十分相似。只是在发育到一定阶段的时候，不同的分子信号通路让它们长成了特定的样子。
对于现代鸟类羽毛的形成，十分重要的一个分子信号通路叫做sonic hedgehog（Shh），对于羽毛的羽支形成十分重要。在2023年发表于《科学·进展》（Science Advances）上的研究中，研究者通过促进Shh通路，成功把鸡腿部的鳞片变成了羽毛。而在发表于《公共科学图书馆·生物学》的这项新研究中，科学家则反其道而行之，试图通过抑制Shh通路，让鸡的羽毛不再拥有复杂特征，回归原始羽毛的简单结构。
研究中鸡胚胎的羽毛生长过程丨原论文
于是，他们在鸡胚胎发育的第9天，也就是羽芽（feather-bud，羽毛的原基）长成之前，向其精确静脉注射了一种叫做sonidegib的药物，这种药物可以抑制Shh通路的信号传导。结果发现，鸡胚胎开始长出类似原始羽毛的结构——结构简单，无分支，也没有内陷的毛囊。
但这只持续了很短的时间，从胚胎发育的第14天起，鸡胚胎中羽毛的形态开始渐渐恢复成正常的鸟类羽毛形态。原本休眠的毛囊被重新激活，最终发育成了羽毛正常的鸡。
该研究的通讯作者Michel Milinkovitch总结说：“我们的实验表明，虽然发育过程中的短暂干扰可以永久性地将脚部鳞片变成羽毛，但要永久性地破坏羽毛发育本身却要困难得多。显然，在演化过程中，相互作用的基因网络已经变得非常强大，即使在巨大的遗传或环境干扰下，也能确保羽毛的正常发育。现在最大的挑战是了解基因相互作用是如何改变的，从而塑造了从恐龙时期到现在的羽毛演化过程。”
到了今天，最简单的原始羽毛已经随着恐龙的灭绝而消失，但在如今的鸟类中，羽毛的演化历程仍在继续。猫头鹰羽毛的独特结构能够帮助它们更好地听到猎物的声音；蜂鸟羽毛演化出了极其坚韧的羽干，有助于它们高频振翅；放弃了飞行的企鹅，羽毛演化得更加坚硬，在翅膀和身体表面形成了一个有纹理的表面，便于它们游泳……
图片来源：《环球科学》2024年9月刊《羽毛的演化艺术》/Maria Amorette Klos
而其中的分子生物学秘密，还待科学家们进一步揭开。
参考文献
[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://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0169534719301405?showall=true
[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
《环球科学》2024年9月刊《羽毛的演化艺术》
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