β角蛋白进化是支持鸟类飞行的重要因素

β角蛋白是支持鸟类飞行的重要因素

鸟类羽毛的主要成分是蛋白质，同时还含有部分β角蛋白，β角蛋白在鸟类的鳞片及爪子、鳄鱼、变色龙中也有发现，而哺乳动物的毛发和指甲中存在相似但不同的α角蛋白。β角蛋白一直以来都是鳞片、羽毛和爪子的重要成分，经历了上百万年的进化，它形成了几个不同的种类。来自南加州大学的生物学家Roger Sawyer长期研究β角蛋白，随着近年来研究工具的快速更新，他的研究已经通过生物化学、免疫学到达了分子层面。Sawyer带领的研究团队已鉴定出自3亿年前蛋白质出现之后的众多β角蛋白种类，在这之间，有一种氨基酸序列（31个残基长）在各个物种中普遍出现并能表达β角蛋白，但所表达的β角蛋白随物种不同而存在轻微不同。

由于技术进步，许多现代鸟类的完整基因组已被测出，包括斑胸草雀（zebra finch）、鸡、火鸡。化石证据显示鸡与火鸡于1亿年前开始分异，它们的基因序列也提供了一个可供比较的分异时间。通过比较β角蛋白基因在现代鸟类基因组中的细节以及它的主人花了多久才获得目前的差异性，Sawyer的团队获得了β角蛋白的进化历程。

不过如Sawyer和Matthew Greenwold不久前的研究显示，羽毛中β角蛋白家族与羽毛本身的进化历程却不相同。例如赫氏近鸟龙（Anchiornis huxleyi）是1.55亿年前的全羽毛化石，它羽毛中的β角蛋白在1.43亿年前才开始进化出自身的显著特征，而在1.25亿年前，β角蛋白经历了一个急剧发展时期。研究还显示，鳞片及爪子中的β角蛋白比羽毛中出现要早，这表明，越早发现的羽毛其含有的β角蛋白与鳞片及爪子（一种更为原始、广义的羽毛）中的β角蛋白越相近。

这一结论与对早期羽毛生物物理学研究所得到的早期羽毛不支持飞行的结论一致。由于缺少主轴提供的支撑力和β角蛋白提供的韧性，拥有早期羽毛的生物恐怕都并非为了飞行而拥有羽毛。许多学者猜测，羽毛的出现最初可能仅是为了调控体温。有研究报道在现代鸟类羽毛中发现了大量β角蛋白序列，这比1.25亿年前要多得多，β角蛋白随着鸟类的进化而快速进化着。Greenwold说，一定存在某一事件使得β角蛋白能够如此快速的发展，从而令β角蛋白在动物身上起到如此关键的作用（提供飞行支撑力）。Sawyer和Matthew Greenwold计划研究不会飞行的驼鸟和鸸鹋，或许它们能给出更为明确的答案。

（化石网/库森 编译）