Au premier coup d'œil, la plupart des gens ne penseraient pas que les alligators ou les oiseaux sont des cousins ​​évolutifs. Mais en effet, les reptiles sont les plus proches parents vivants des oiseaux, et tous descendent des archosaures, les « reptiles dominants » qui dominaient autrefois la Terre il y a 250 millions d'années.

Les archosaures ont donné naissance à l'âge des dinosaures et, finalement, oiseaux et reptiles comme leurs seuls descendants vivants.

Récemment, de nombreux fossiles de dinosaures de transition avec des plumages complets ou partiels ont été découverts. Les scientifiques pensent que ces "proto-plumes" primitives de dinosaures à plumes pourraient avoir évolué pour aider l'endothermie, attirer des copains, leur a donné la capacité de mieux distancer les prédateurs, et finalement planer et voler.

Mais exactement comment la peau externe et les tissus sous-jacents spécifient les plumes par rapport aux écailles - et finalement l'évolution du vol - est resté un mystère.

Cependant, ce riche héritage évolutif devrait toujours être ancré dans tout l'ADN vivant des oiseaux et des reptiles.

Pour des scientifiques comme le docteur en médecine régénérative Dr Cheng-Ming Choung, professeur de pathologie à la Keck School of Medicine de l'USC, le domaine est maintenant mûr pour la cueillette avec les progrès de la génomique moderne qui peuvent affiner les indices moléculaires responsables de l'évolution des plumes et du vol.

Et dans une nouvelle étude publiée dans l'édition en ligne avancée de Biologie moléculaire et évolution , Chuong a dirigé une équipe internationale pour identifier une pléthore de nouveaux gènes impliqués dans le développement des écailles et des plumes.

« Nous avons maintenant une explication moléculaire potentielle pour ces liens manquants hypothétiques, " dit Chuong.

Ils ont également démontré la capacité de transformer les écailles en plumes, en activant et désactivant des circuits moléculaires clés à des stades critiques de la croissance et du développement à grande échelle.

"Ces résultats montrent que différentes perturbations provoquent différents niveaux de conversion d'échelle en plume, ce qui implique que les écailles ont la capacité de former des plumes étant donné les signaux moléculaires appropriés, " dit Chuong.

Pour l'étude de recherche, l'équipe a effectué une analyse complète du transcriptome de l'ARN et de l'ADN de poussins et d'alligators en développement afin d'identifier leurs différences d'expression génique et les gènes clés dans la formation des écailles ou des plumes.

Prochain, ils ont placé ces gènes uniques de plumes de poulet dans des œufs d'alligator, en les allumant ou en les éteignant soigneusement sous leur peau en croissance pour réveiller une programmation ancienne qui peut transformer les écailles en plumes.

"Nos analyses ont conduit à l'identification de cinq modules morpho-régulateurs essentiels à la formation moderne des plumes, " a déclaré Chuong. "Nous proposons que ces modules puissent évoluer à l'origine comme différentes stratégies pour une meilleure adaptation. Finalement, la combinaison intégrative de cinq modules morpho-régulateurs réalise l'architecture de plumes très réussie aujourd'hui, permet à la classe Ave de revendiquer la majeure partie du ciel ouvert comme leur niche écologique."

Ces circuits clés conduisent au bourgeonnement et à l'allongement des appendices, follicule avec cellules souches et papille dermique pour permettre une régénération cyclique, formation de crêtes barbelées avec différentes formes de ramification, et différenciation spécifique de la kératine des plumes.

Certaines molécules ne pouvaient induire qu'un des cinq critères, par exemple., le gène Sox2 peut activer le bourgeonnement des plumes et inhibe totalement la formation de tartre, tandis que Grem1 peut induire une ramification en forme de barbe.

« D'autres molécules, comme l'acide rétinoïque ou le Sox18, ont une plus grande capacité à induire des écailles scutatées pour former des appendices cutanés ressemblant à des plumes, " a déclaré Chuong. " Ces appendices ressemblant à des plumes affichent les cinq critères définissant les plumes, suggérant qu'ils agissent à un niveau hiérarchique plus élevé dans cette voie évolutive."

Ces maîtres régulateurs ont peut-être été les tout premiers gènes à s'adapter au cours de l'évolution des archosaures anciens et à acquérir une nouvelle capacité à fabriquer les plumes complexes d'aujourd'hui.

« Curieusement, certains de ces phénotypes sont similaires aux appendices filamenteux inhabituels trouvés dans les fossiles de dinosaures à plumes."

Inspiré du "dragon volant, " Ping Wu veut défier les écailles d'alligator pour former des plumes. Par l'expression forcée de germes et de bêta-caténine, les gènes qu'ils ont trouvés pour aider à convertir les écailles de poulet en plumes, ils sont capables de provoquer la formation d'écailles allongées dans la peau embryonnaire d'alligator.

L'étude s'ajoute de manière significative à la liste croissante de gènes et de molécules connus pour induire des structures ressemblant à des plumes chez les oiseaux et a établi un nouveau système puissant chez les alligators pour tester et explorer davantage l'évolution du vol.