恐竜は今日の鳥類とどの程度近いのでしょうか?最近の研究はこの問題を掘り下げ、恐竜の羽毛のタンパク質が数百万年と極端な温度の中でどのように進化し、変化したかを調査しています。 SLAC 国立加速器研究所が生成する強力な X 線は、研究者に羽毛の進化に関する新たな洞察を与えています。
新しい研究は、恐竜の羽毛のタンパク質組成が現生の鳥類のタンパク質組成と類似していることを示し、鳥の羽毛化学の初期の起源、おそらく1億2500万年前であることを示唆しています。この研究により、化石羽毛に含まれるαタンパク質は元々存在していたものではなく、化石化の過程で熱によって形成された可能性が高いことが判明した。 (恐竜の羽毛のアーティストの概念)。
これまでの研究では、恐竜の羽毛には現代の鳥類の羽毛よりも硬さを弱めるタンパク質が含まれていたことが示されている。今回、ユニバーシティ・カレッジ・コーク（UCC）、エネルギー省SLAC国立加速器研究所のスタンフォードシンクロトロン放射光源（SSRL）、その他の機関の研究者らは、恐竜の羽毛の元のタンパク質組成が現代の鳥の羽毛のタンパク質組成と非常に似ていることを発見した。
この結果は、現在の鳥の羽毛の化学組成がこれまで考えられていたよりもはるかに古く、おそらく 1 億 2,500 万年前に誕生した可能性があることを意味します。
「恐竜と鳥類の新たな類似点を発見するのは本当に興味深いことだ」とUCCの古生物学者であり、この新しい研究の筆頭著者であるティファニー・スレーター氏は語った。 「X線と赤外線を使って、恐竜シノルニトサウルスの羽毛には、今日の鳥の羽と同じように、大量のベータタンパク質が含まれていることがわかりました。この発見は、恐竜の鳥は現代の鳥と同じように硬い羽毛を持っていたという私たちの仮説を検証します。」
鍵となるのはたんぱく質の組み合わせです。恐竜の羽毛に関する以前の実験では、恐竜の羽毛には羽毛の硬さを弱めるタンパク質であるアルファケラチンが主に含まれているが、現代の鳥の羽毛には羽毛の飛行能力を高めるタンパク質であるベータケラチンが豊富に含まれていることが判明した。それでも、研究者らは、その違いが生前の羽毛の真の化学的性質を反映しているのか、それとも化石化プロセスの産物なのかを知りたいと考えていました。
これを解明するために、スレーター氏とUCCの古生物学者マリア・マクナマラ氏は、SSRLの科学者らと協力して、1億2500万年前の恐竜であるシノルニトサウルスと初期の鳥であるコンフシウスオルニスの羽毛、さらに米国から採取された5000万年前の羽毛を分析した。
古代の羽毛に含まれるタンパク質を検出するために、研究者らは化石にSSRLの強力なX線を照射した。これにより、ベータタンパク質の重要な成分が存在するかどうかが分かる。 SSRL の科学者サム・ウェッブ氏は、これは研究者がサンプル中のベータタンパク質がまだ「ネイティブ」状態にあるのか、それとも時間の経過とともに変化したのか、またその変化が化学的にどのように起こるかを判断するのに役立つと述べています。
ウェーバー氏によると、研究チームは化石が時間の経過とともにさらされる温度をシミュレートする別の実験も行ったという。これらの実験は、化石中のアルファタンパク質が羽毛の生命過程の一部ではなく、化石化の過程で形成された可能性があることを示唆しています。
分析の結果、一部の化石羽毛には大量のαタンパク質が含まれているが、それらは元々存在したものではなく、時間の経過とともに発達した可能性が高いことが示された。化石が激しい熱を経験したために形成されました。
「私たちの実験は、なぜこの奇妙な化学的違いが化石化中のタンパク質の分解の結果であるのかを説明するのに役立ちます」とスレーター氏は語った。 「したがって、一部の恐竜の羽毛には元のベータタンパク質の痕跡が残っていますが、他の化石の羽毛には化石化中に形成されたアルファタンパク質が含まれています。」
「生のタンパク質の組成は時間の経過とともに変化する可能性があり、深いバイオマーカーを研究する際に見落とされがちな側面です」とウェーバー氏は述べた。 「私たちのX線分光法の結果と、実験的に加熱された羽毛サンプルの追加の実験室測定値を比較することは、私たちの発見を校正するのに役立ちます。」
この研究の上級著者であるマリア・マクナマラ氏は、「古代の生体分子の痕跡は明らかに何百万年も生き残ることができるが、一見よく保存されているように見える化石組織でさえ化石化中に調理され、押しつぶされているため、化石の記録を文字通り読むことはできない。私たちは化石化中に何が起こったのかを理解するための新しいツールを開発しており、化石の化学的秘密を解き明かすことで、進化についての刺激的な新しい洞察が得られるだろう。」と述べた。