Die Dino-Hühner kommen

Vor einigen Jahren war Bhart-Anjan Bhullar, damals Ph.D. Der Student in Arhat Abzhanovs Labor in Harvard tat etwas ziemlich Unglaubliches: Er nahm ein embryonales Huhn und hemmte während seiner Entwicklung einige Gene. Es war eine winzige Anpassung, die eine ziemlich erstaunliches Ergebnis : Diese Hühner, die auf diese Weise verändert wurden, sind mit einer Schnauze aufgewachsen, die aussah wie eine Dinosaurierschnauze, erzählt er Invers .

Bhullars Forschung existiert an der seltsamen Schnittstelle von Molekularbiologie und Paläontologie. Wenn er nicht in Yale unterrichtet, untersucht er, wie wichtige Unterscheidungsmerkmale von Tiergruppen entstanden sind - in diesem Fall der Vogelschnabel. Es scheint keine große Sache zu sein, aber zu verstehen, wie der Vogelschnabel entstanden ist, ist unglaublich wichtig, um nicht nur herauszufinden, wie sich moderne Tiere entwickelt haben, sondern auch, um die Dinosaurier zu verstehen, die zuvor die Erde durchstreiften - und welche Tiere als nächstes diesen Planeten durchstreifen könnten.

Um klar zu sein, ist Bhullar nicht genau versuchen einen Dinosaurier von einem Huhn rückentwickeln. Und doch werden wir nach seiner Abrechnung in 15 oder 20 Jahren über alle notwendigen Werkzeuge und Informationen verfügen, um ein lebendes, atmendes Dino-Huhn auszubrüten, das herumläuft und wie ein kleiner Velociraptor Beute in seiner zahnigen Schnauze schnappt. Das ist nicht theoretisch, sagt er. Ich spreche hier nicht von einem halben Jahrhundert. Ich spreche von Jahrzehnten. Es wird passieren.



Der Kasuar ist ein Dinosaurier. Alle Vögel sind Dinosaurier. Nick Hobgood / Wikimedia

Vögel sind nicht nur die nächsten lebenden Verwandten von Dinosauriern - Sie sind Dinosaurier . Der Begriff Dinosaurier definiert eine sehr große Gruppe von Tieren mit einer großen Vielfalt von Merkmalen, die alle von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen und die Welt viele Millionen Jahre lang regierten. Eine kurze Geschichtsstunde: Nach dem Asteroidenschlag starben fast alle aus. Aber nicht alle von ihnen. Einige Dinosaurier - kleine Dinge mit Flügeln, Federn und Schnäbeln - haben es in Ordnung gebracht, und aus ihnen sind über 65 Millionen Jahre die 20.000 Vogelarten hervorgegangen, die heute den Planeten Erde zu Hause nennen. Wenn Sie die genetische Abstammung eines Huhns weit genug zurückverfolgen könnten, würden Sie feststellen, dass dies den Dinosauriern unseres Fossilienbestandes und unserer Vorstellungskraft sehr ähnlich sieht.

Die Geheimnisse der Geschichte der Lebewesen sind immer noch in ihrem Erbe und speziell im Genom verborgen, sagt Bhullar. Es ist nicht so, dass alle genetischen Informationen der entfernten Vorfahren des Huhns noch in seiner DNA verborgen sind, aber vieles davon ist oder zumindest potenziell.

Insbesondere Wirbeltiere entwickeln sich im Laufe der Zeit sehr subtil, erklärt Bhullar. Es gibt nur bestimmte Variationen in der Anatomie, die Wirbeltiere produzieren, und das liegt wahrscheinlich daran, dass wir so kompliziert und komplex sind, dass es nicht einfach ist, ein lebensfähiges Lebewesen zu produzieren, wenn wir etwas frühzeitig vermasseln.

Auf der Ebene der molekularen Entwicklung ist der Unterschied zwischen einem Vogelschnabel und einer Dinosaurierschnauze gering - es reicht aus, die Expression bestimmter Gene in einem sich entwickelnden Embryo leicht zu optimieren, um das eine und nicht das andere zu bilden. Wie sich herausstellt, ist der Schnabel eine super überwachsene Adaption der Prämaxilla - ein Paar winziger Knochen, die ganz vorne im Gesicht sitzen und die Schneidezähne beherbergen.

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'Archaeopteryx lithographica' jagt einen jungen 'Compsognathus longipes' in der späten Jurazeit. Illustration von Durbed. Durbed / Wikimedia

Vor etwa 85 Millionen Jahren hatte ein Zweig des Dinosaurier-Stammbaums im Grunde bereits den Vogelkörperplan herausgefunden. Dies waren kleine, fleischfressende Theropoden, die mit verwandt waren Velociraptor und Tyrannosaurus Rex . Sie hatten Federn, Flügel, vogelähnliche Körper und vogelähnliche Gehirne. Sie konnten fliegen. Aber sie hatten immer noch kleine zahnige Dinosaurierschnauzen. Die Berühmten Archaeopteryx ist ein gutes Beispiel.

Dann tauchten ganz plötzlich - zumindest aus geologischer Sicht - die ersten Schnäbel auf. Diese Übergangstiere hatten immer noch zahnige Kiefer, außer mit einem Schnabel vorne, als wäre er aufgeklebt worden, erklärt Bhullar.

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Millionen von Jahren vergingen, die Dinosaurier der Vogellinie verloren ihre Zähne und ihre Kieferknochen schrumpften im Grunde genommen zu nichts. Sie haben nichts als einen großen hupenden Schnabel. Aber dieser große hupende Schnabel schien genau das zu sein, was sie brauchten, um die Apokalypse zu überleben.

Die Dinge, die am Ende der Kreidezeit im Großen und Ganzen überlebten, waren Dinge, die in der Lage waren, Nahrungsquellen wie Samen und Insekten und andere Arten von Nahrung zu nutzen, die in einer Welt nach der Katastrophe verfügbar gewesen wären, sagt Bhullar. Die Funktionsweise des Schnabels ermöglicht die schnelle und präzise Erfassung kleiner Lebensmittel auf einem sehr komplizierten Hintergrund. Sie können sich vorstellen, entlang eines Abfalls eines zerstörten Waldes zu gehen, und es gibt nur Kieselsteine ​​und Asche und alle Arten von Mist auf dem Boden, und Sie müssen mit Ihren Big Bird-Augen und Ihrem Big Bird-Gehirn die kleinen winzigen Teile heraussuchen von Dingen, die tatsächlich essbar sind.

Es ist erwähnenswert, dass diese anderen Formen von vogelähnlichen Dinosauriern - die mit der Zahnschnauze und die mit der Hybridschnauze / dem Hybridschnabel - immer noch da waren und es gut ging, als der Asteroid ein Loch direkt durch die Erdkruste blies. Aber keiner von ihnen hat es auf der anderen Seite geschafft. Alle Dinge, die keinen vollständig modernen Schnabel hatten, starben, und einige Dinge, die unabhängig voneinander den modernen Vogelschnabel hatten, überlebten, sagt Bhullar.

Warum genau Dinosaurier vor 85 Millionen Jahren die ersten Schnäbel gezüchtet haben, ist schwer zu sagen. Aber Bhullar glaubt, dass es etwas mit Händen zu tun hat. Theropoden wie Velociraptor hatten lange, gekratzte Dinohände, mit denen sie ihre Beute schnappen konnten. Diese riesigen Hände sind das Gerüst, auf dem der Vogelflügel gebaut wurde, und schließlich gingen auch die Hände und Finger zugunsten eines effizienteren Fluges verloren.

Genau in diesem evolutionären Moment erschienen Schnäbel, sagt Bhullar. Wenn Sie jemals eine Krähe gesehen haben, die mit ihrem Schnabel ein Werkzeug manipuliert, ist es nicht schwer zu erkennen, wie das Präzisionsinstrument des Schnabels dazu beitragen kann, das Präzisionsinstrument eines Paares von Händen zu ersetzen.

Die Frage: Was ist ein Schnabel? ist der Ausgangspunkt, um zu verstehen, woher sie kommen und wie Gene auf molekularer Ebene auf einen sich entwickelnden Embryo einwirken, um einen zu bilden. Und von dort kann ein Schnabel gelöst werden.

Bhullar hat seine Hühner mit Dino-Schnauze nie geschlüpft, weil das Ziel des Experiments darin bestand, Entwicklungspfade zu untersuchen und nicht zu sehen, ob diese mutierten Kreaturen schlüpfen, atmen, essen und herumlaufen konnten. Sie wurden beendet, als ihre Schädel in der Schale so weit entwickelt waren, dass sie bestätigten, dass ihre Köpfe wie kleine Baby-Dinosaurierköpfe aussahen.

Abgebildete Schädel eines Huhns, des experimentellen Huhns von Bhullar et al. Und eines Alligators. Bhullar et al. / Evolution

Für die Aufzeichnung glaubt Bhullar jedoch, dass sie es in Ordnung gebracht hätten. Alles sieht irgendwie organisiert aus; Sie sahen nicht besonders durcheinander oder deformiert aus, sie wurden nur verwandelt.

Es würde nicht zu viele dieser kleinen Änderungen erfordern, um von einem Huhn zu etwas zu gelangen, das viel dinosaurischer aussieht, sagt er. Und wir haben die Technologie, um dies heute zu tun. Der einzige Haken ist herauszufinden, welche kleinen Schnipsel des genetischen Codes ausgetauscht und ersetzt werden müssen.

Wir sprechen davon, vorhandene Ressourcen und vorhandene Ressourcen zu verwenden, und das einzige, was uns tatsächlich einschränkt, ist unser grundlegendes wissenschaftliches Verständnis darüber, welche Teile des Genoms diese Veränderungen wirklich kontrollieren. Wenn jemand aus der Zukunft käme und uns buchstäblich ein Word-Dokument mit einer Liste von Genomabschnitten geben würde, die zwischen Alligator und Vogel ausgetauscht werden müssten, wären wir golden. Wir könnten es jetzt tun.

Alligatoren sind keine Dinosaurier, aber wenn sie zum ersten Mal schlüpfen, sehen sie verdammt nah aus. Pixabay

Was genau diese Abschnitte auszutauschen wäre, wäre eine Frage des Experimentierens. Sie könnten einen Alligator oder ein Krokodil verwenden - die nächsten Verwandten von Vögeln und Dinosauriern. Sie können auch Computersoftware verwenden, um das Genom des letzten gemeinsamen Vorfahren von Vögeln und Krokodilen digital zu rekonstruieren und für Ihre Ersatz-DNA zu verwenden.

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All dies kann dank einer neueren Technologie namens CRISPR geschehen, die es ermöglicht, Genome auf sehr feiner Ebene zu bearbeiten, indem kleine Segmente eingefügt, entfernt oder ersetzt werden. In Bhullars Erzählung ist es äußerst transformativ. Der Hype ist real - CRISPR ist unglaublich.

Sicher, aber hier ist die Sache: Wir sind nicht weit von einer Welt entfernt, in der wir ganze Genome von Grund auf neu synthetisieren können. Und dann wird es noch seltsamer. Das rekonstruierte Genom für den gemeinsamen Vorfahren eines Vogels und eines Krokodils? Wir könnten das Ding machen. Bhullar arbeitet gerade an einem Fossil eines frühen Vorfahren eines Krokodils, das aussieht wie ein kleiner räuberischer Dinosaurier an Land, der wie ein Windhund gebaut ist - es könnte so etwas werden.

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Velociraptor war viel vogelähnlicher als der 'Jurassic Park' es sich vorgestellt hatte. Durbed / Wikimedia

Oder wenn Sie die vergleichende Computersoftware verwenden, mit der wir Genome untersuchen, könnten Sie sagen: 'OK, rekonstruieren Sie zuerst die Ahnenform, aber treten Sie sie dann auf, um sie ein wenig mehr wie die Vogelseite zu machen.' Art, den Baum in Richtung Vögel zu kanten, was im Grunde wie eine Dinosaurier-Evolution ist, sagt er. Ich wette, Sie würden irgendwann einen kleinen Velociraptor bekommen.

Selbst wenn wir Genome in ihrer Gesamtheit synthetisieren könnten, können wir nicht genau einen T. rex bauen, da wir keine konservierte Dinosaurier-DNA haben. Trotz allem, was Jurassic Park Ich glaube, genetisches Material hält sich über 65 Millionen Jahre nicht sehr gut.

Aber in jüngerer Zeit ausgestorbene Kreaturen? Wir könnten sie machen. Wir haben das Neandertaler-Genom; das ist erstaunlich. Wir haben das Mammutgenom; Das ist umwerfend, sagt Bhullar. Jemand wird definitiv Neandertaler zurückbringen und es wird super interessant, und plötzlich werden wir zwei Arten von Menschen auf der Erde haben.

Offensichtlich sind die ethischen Überlegungen dazu ziemlich schwer, weshalb Bhullar vorerst damit zufrieden ist, in der Welt der Grundlagenforschung zu leben, in der sich beaklessierte Hühnerembryonen nur bis zu dem Punkt entwickeln dürfen, der zur Überprüfung der Hypothese erforderlich ist .

Es ist nichts, worauf ich springen möchte, und doch wird dies passieren. Die Ära der Designerorganismen steht vor der Tür, sagt er. Ich würde es vorziehen, meine entdeckungsbasierte Arbeit zu machen und die Welt zu verstehen und sie zu verändern, indem ich das Wissen und die Zufriedenheit der Menschen mit ihrem Leben und hoffentlich ihr Mitgefühl und ihr Verständnis erhöhe, mehr als ich es gerne ändern würde, indem ich all diese genetisch veränderten freisetze Organismen.

Die Zukunft wird wirklich interessant sein und es wird viele Fragen geben, die sich die Leute stellen müssen, und viele Fragen, die keine offensichtlichen Antworten haben.