科學家改造基因，讓雞長出恐龍般的羽毛！

科學家最近揭開了羽毛起源的關鍵基因路徑，但他們也發現，進化過程似乎難以「倒轉時鐘」。透過幹擾一個關鍵基因，研究人員成功讓雞的羽毛變得更加原始，類似於恐龍祖先在2.5億年前的三疊紀早期首次出現的簡單管狀原始羽毛。然而，這種變化只是暫時的。

在這項新研究中，研究人員在雞胚胎發育期間抑制了一個名為「Sonic Hedgehog」的基因，使羽毛的形態更加原始。雖然實驗成功，但效果僅維持了短暫時間。剛孵化的小雞羽毛發育遲緩，甚至有些部位光禿禿的，但幾週後，牠們的羽毛就恢復成普通雞的樣子。

這項研究是探索羽毛如何及為何進化的更大計畫的一部分。此前，研究人員曾透過改變同一基因，讓雞的鱗片狀腳部長出羽毛。然而，讓羽毛進化「倒退」卻更加困難。日內瓦大學的遺傳與進化教授、研究資深作者米歇爾·米林科維奇表示：「我們的實驗顯示，雖然短暫幹擾腳部鱗片的發育可以永久性地將其轉化為羽毛，但要永久性地改變羽毛本身的發育卻困難得多。顯然，在進化過程中，基因互動網路變得極為穩健，確保羽毛即使在基因或環境的顯著幹擾下也能正常發育。」

儘管研究人員未能讓雞永久性地長出恐龍般的羽毛，但這項研究並非失敗。米林科維奇與他的共同作者、現任英國謝菲爾德大學研究員的羅裡·庫珀，揭示了「Sonic Hedgehog」基因在羽毛進化中的重要性。透過幹擾這個基因，研究人員能夠暫時改變羽毛的形成過程。

最早的羽毛並非像現代鳥類那樣複雜且分枝，而是像細小的吸管般的單一管狀結構。為了探索這些簡單的管狀結構如何進化成從柔軟的絨毛到華麗的孔雀羽毛，研究人員首先使用了一種稱為光片螢光顯微鏡的技術，觀察雞蛋中羽毛的發育過程。這種方法利用雷射對樣本進行薄層成像。

研究人員發現，羽毛在雞胚胎發育的第9天開始形成。首先，胚胎表面會出現稱為「毛囊原基」的厚點，這些原基逐漸長出羽毛芽，並在角蛋白的幫助下發展成我們熟悉的羽毛分枝結構。角蛋白也是人類頭髮和指甲的主要成分。而「Sonic Hedgehog」基因在這些步驟中扮演了重要角色。

接下來，研究人員在胚胎發育的第9天向雞蛋中注射了「Sonic Hedgehog」基因的抑制劑，觀察其影響。幾天內，羽毛芽的生長受到阻礙，抑制劑也減少了羽毛成熟時的複雜分枝結構。然而，到了第17天，隨著抑制劑的效果逐漸消失，羽毛生長部分恢復。孵化後的小雞羽毛稀疏，有些部位光禿禿的，有些則長出柔軟的絨毛，但缺乏外層羽毛特有的中央「羽軸」結構。直到第49天，這些小雞開始換毛，新長出的羽毛才恢復正常。

這項研究顯示，「Sonic Hedgehog」基因不僅參與了原始羽毛進化成現代羽毛的過程，也影響了不同物種羽毛形狀和尺寸的多樣化。研究結果於3月19日發表在《PLOS Biology》期刊上。米林科維奇表示：「現在最大的挑戰是理解這些基因互動如何改變，從而讓原始羽毛在恐龍早期進化中出現。」