早白垩世鸟类——始孔子鸟羽毛角蛋白与色素体的分子证据
2016-11-22 12:21:39   来源:化石网   评论:0 点击:

早白垩世鸟类——始孔子鸟羽毛角蛋白与色素体的分子证据(化石网报道)据中国科学院南京地质古生物研究所:北京时间11月22日,《美国科学院院报》(PNAS)在线刊登了一篇题为早白垩世鸟类-始孔子鸟羽毛角蛋白与


早白垩世鸟类——始孔子鸟羽毛角蛋白与色素体的分子证据

(化石网报道)据中国科学院南京地质古生物研究所:北京时间11月22日,《美国科学院院报》(PNAS)在线刊登了一篇题为“早白垩世鸟类-始孔子鸟羽毛角蛋白与色素体的分子证据”的论文,报道了1.3亿年前羽毛β角蛋白的发现及其中色素体的确认,使古生物的色彩复原更加可信。 相关研究成果由中国科学院南京地质古生物研究所泮燕红博士与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所周忠和院士、山东临沂大学郑晓廷教授、美国北卡罗莱纳州立大学Mary Schweitzer教授等合作完成。 

泮燕红等对收藏于山东天宇自然博物馆的一件始孔子鸟类化石标本的羽毛,进行了详细的超微结构分析和生化分析,首次从分子层面证实了β角蛋白和色素体在距今1.3亿年化石中的保存。研究的鸟类化石属于始孔子鸟,该鸟类最早命名于2008年,属于孔子鸟科,代表了早期鸟类演化中最基干的类群之一。始孔子鸟化石目前仅发现于我国河北省的丰宁地区,属于早白垩世,代表了中国境内已知最古老的鸟类化石之一。此外,由于这类鸟类牙齿已经完全退化,发育了角质喙,因此也代表了最早具有角质喙的鸟类。河北丰宁的鸟类化石不仅时代古老,仅次于世界上最古老的鸟类-始祖鸟,而且还以保存精美的羽毛而著称。

研究者将采自该化石标本的8个羽毛样品在南京古生物所进行前处理,随后分别进行了扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察,结合免疫荧光、免疫电镜等生化方法,以及超高分辨率的元素能谱分析。同时与现生鸡的羽毛在超微结构、生化反应、色素体元素能谱分析的结果等方面进行了逐一对比,证实了在化石羽毛中确实含有残留的β角蛋白。由于以往报道过β角蛋白的化石标本的时代都来自晚白垩世(不早于7500万年),因此此项工作把β角蛋白能够保存的时代往前推进了至少5000万年。

现生鸟类具有五彩缤纷的颜色和色彩,主要取决于羽毛具有的色素体以及羽毛内部的结构。而羽毛的色素种类也有多种,例如,球状的棕黑色素,棒状的真黑色素等,两者大小约为1微米左右,它们均由黑色素细胞产生,黑色素颗粒可随羽毛的形成进入到羽毛的不同部位,从而与羽毛的内部结构等因素一起决定羽毛不同的颜色。

科学界对化石鸟类和恐龙羽毛颜色的认识经历了颇为曲折的过程。早在上个世纪80、90年代古生物学家将鸟类化石羽毛中的色素体状的结构首先鉴定为细菌,认为细菌参与了羽毛化石的保存过程。2008年,美国耶鲁大学的Jakob Vinther等人首次提出过去鉴定的鸟类化石羽毛中的“细菌”实际上是羽毛的色素体。2010年我国学者张福成等人首次报道了带羽毛恐龙的羽毛中色素体的保存。近年来学术界开展了大量古鸟类、带羽毛恐龙等不同类群生物化石色素体的研究,为恢复灭绝生物羽毛等器官的颜色和色彩开辟了一个全新的领域。

然而,以往对化石羽毛色素体的分析还主要局限于微观形态学的对比,以往化学分析手段也未能精准把色素的信号原位标定到色素体上。由于色素体本身无论在大小和形态学方面与细菌都十分相似,因此有学者指出,如何用化学方法准确区分色素体与微生物变得十分必要。基于这样的争议和问题,泮燕红等采用了多种化学和分子技术分析方法,其中免疫电镜和超高分辨率的元素能谱分析,都是第一次应用到化石分析中,实现了化学信号在纳米级别的原位标定。他们的研究结果不仅首次在距今1.3亿年化石中证实了β角蛋白的保存,而且也验证了羽毛化石中以往颇具争议的纳米级的微体结构被β角蛋白包裹,确实为羽毛的色素体,排除了细菌的可能性。此项研究对今后更好地认识远古化石中的软组织结构、化石分子的保存以及羽毛超微结构的演化都具有重要的意义。

此项研究得到了国家科技部,国家自然科学基金委和中国科学院等的支持。

论文相关信息:

•Yanhong Pan, Wenxia Zheng, Alison E. Moyer, Jingmai K. O’Connor, Min Wang, Xiaoting Zheng, Xiaoli Wang, Elena R. Schroeter, Zhonghe Zhou, and Mary H. Schweitzer. Molecular evidence of keratin and melanosomes in feathers of the Early Cretaceous bird Eoconfuciusornis. PNAS, Doi:10.1073/pnas.1617168113. 

相关报道:古生物色彩有望复原 中国最古老鸟类化石羽毛中发现β角蛋白

(化石网报道)据新华社南京11月22日电(王珏玢):记者从中科院南京地质古生物研究所获悉,由中美多位学者组成的科研团队在一项最新研究中,首次在中国最古老的鸟类、距今1.3亿年前的始孔子鸟化石羽毛中发现了β角蛋白。由于β角蛋白与识别鸟类羽毛中的色素体结构密切相关,这一新发现,也为复原原始鸟类和带毛恐龙等远古生物的真实色彩,提供了新的重要依据。

相关研究成果已于22日在线刊载于国际顶级科学期刊《美国科学院院报》。

鸟类羽毛具有五彩缤纷的颜色,主要原因之一在于鸟羽中具有一类显示颜色的细胞结构:色素体。早在上世纪八九十年代,古生物学家就已经在鸟类化石羽毛中发现了类似色素体的结构,但当时人们认为,这些结构是化石形成中混入的“细菌”。21世纪以来,美、中等多位古生物学家提出,这些早年判定的“细菌”,很可能就是远古鸟类的色素体。近年来,学术界开展了大量远古鸟类、带羽毛恐龙等不同生物化石色素体的研究。这些研究,为恢复灭绝生物羽毛等器官的颜色,开辟了一个新领域。

此次研究的始孔子鸟化石,发现于我国河北丰宁地区。这类原始鸟类生活在距今1.3亿年前的早白垩世,以保存精美的羽毛而著称,是中国境内已知最古老的鸟类之一。研究团队对始孔子鸟化石的8个羽毛样品进行电镜观察和生化分析,结果发现,化石羽毛中含有残留的β角蛋白。研究人员还首次将多种化学和分子技术方法应用于化石研究,通过细致比对,发现与现生鸡的羽毛色素体类似,化石羽毛中“疑似色素体结构”同样被β角蛋白包裹,这与细菌结构有显著区别。研究人员据此判断,以往颇具争议的“疑似色素体结构”确实不是细菌,而是远古鸟类的色素体。

该研究参与者、南京古生物所博士泮燕红说,这项最新发现可以确定化石色素体的存在,让真实复原古生物色彩迈出了重要一步。此外,对比以往化石中发现的β角蛋白,此次在始孔子鸟化石中的发现,足足把β角蛋白能够保存的时代往前推进了5000万年以上。这一年代的大大提前,也为新研究提出了问题:为什么这种角蛋白能保存1.3亿年之久、它在鸟类演化史上究竟起到什么作用?

相关报道:南京专家发现1.3亿年前“β角蛋白” 有助解开鸟类羽毛色彩形成之谜

(化石网报道)据新华报业网(吴红梅):鸟类羽毛色彩研究再获新突破。由中国科学院南京地质古生物研究所专家等组成的中外研究团队,合作完成的“早白垩世鸟类-始孔子鸟羽毛角蛋白与色素体的分子证据”项目,研究成果于北京时间11月22日在线刊登在《美国科学院院报》上。

中科院南京地质古生物研究所泮燕红博士介绍说,始孔子鸟以保存精美的羽毛而著称,他们对收藏于山东天宇自然博物馆的一件始孔子鸟类化石标本的羽毛,进行了详细的超微结构分析和生化分析,首次从分子层面证实了β角蛋白和色素体在距今1.3亿年化石中的保存。

此次中外联合研究团队对采自该化石标本的8个羽毛样品,分别进行了扫描电镜和透射电镜观察,同时与现生鸡的羽毛在超微结构、生化反应、色素体元素能谱分析结果等方面进行了逐一对比,证实了在上述化石羽毛中确实含有残留的β角蛋白。由于以往报道过β角蛋白化石标本的时代都来自晚白垩世(不早于7500万年),因此此项工作把β角蛋白能够保存的时代往前推进至少5000万年。

同时,此项研究结果不仅首次在距今1.3亿年化石中证实了β角蛋白的保存,而且也验证了这些物质确实为羽毛的色素体,排除了细菌的可能性。此项研究对今后更好地认识远古化石中的软组织结构、化石分子的保存以及羽毛超微结构的演化都具有重要意义。

相关报道:鸟类羽毛颜色β角蛋白说了算

(化石网报道)据科技日报南京11月21日电(张晔):中美学者合作完成的一篇题为“早白垩世鸟类——始孔子鸟羽毛角蛋白与色素体的分子证据”的论文于北京时间11月22日在线刊登在《美国科学院院报》上。

中国科学院南京地质古生物研究所泮燕红博士与中国科学院古脊椎动物与古人类研究所周忠和院士、山东临沂大学郑晓廷教授、美国北卡罗莱纳州立大学施维策教授及其团队对收藏于山东天宇自然博物馆的一件始孔子鸟类化石标本的羽毛,进行了详细的超微结构分析和生化分析,首次从分子层面证实了β角蛋白和色素体在距今1.3亿年化石中的保存。

现生鸟类具有五彩缤纷的颜色和色彩,主要取决于羽毛具有的色素体以及羽毛内部的结构。羽毛的色素颗粒可随羽毛的形成进入到羽毛的不同部位,从而与羽毛的内部结构等因素一起决定羽毛不同的颜色。

然而,以往对化石羽毛色素体的分析未能精准把色素的信号原位标定到色素体上。本文作者采用了多种化学和分子技术分析方法,其中免疫电镜和超高分辨率的元素能谱分析,都是第一次应用到化石分析中,实现了化学信号在纳米级别的原位标定。他们的研究结果不仅首次在距今1.3亿年化石中证实了β角蛋白的保存,而且也验证了羽毛化石中纳米级的微体结构被β角蛋白包裹,确实为羽毛的色素体。此项工作把β角蛋白能够保存的时代往前推进了至少5000万年,对今后更好地认识远古化石中的软组织结构、化石分子的保存以及羽毛超微结构的演化都具有重要的意义。

相关报道:南京古生物专家多年潜心研究揭开1.3亿年前鸟类羽毛秘密

(化石网报道)据南报网(记者 毛庆 通讯员 陈孝正):中科院南京地质古生物研究所博士泮燕红等专家通过多年研究,证明了1.3亿年前的始孔子鸟羽毛化石中的确存在角蛋白和色素体,这为远古时期鸟类羽毛颜色的还原提供了依据。该研究今日在线刊登在《美国科学院院报》上。

我国目前发现最早的鸟化石,当属始孔子鸟,距今1.3亿年,发现于河北省丰宁地区。和一般的鸟化石不同,始孔子鸟化石,不仅古老,羽毛还保存得特别精美。借助扫描电镜、透射电镜,以及免疫荧光、免疫电镜等,泮燕红等专家在始孔子鸟化石中,选取了8处羽毛化石,和现在的鸡羽毛,进行研究分析。研究发现,始孔子鸟羽毛超微结构和鸡羽毛非常相似。“这些超微结构排列非常有趣,内部是球状和棒状的色素体,外面是角蛋白。”

由于以往报道过角蛋白的化石标本的时代都来自晚白垩世(不早于7500万年),因此这项工作把角蛋白能够保存的时代往前推进了至少5000万年。

“鸟的羽毛颜色和色素体有一定的关系。被证实了色素体存在后,将来通过更细致的研究,就真的可以把远古时期鸟儿的羽毛颜色恢复起来。”

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