研究揭示飛行羽毛形成的原理

2021-01-21 科學網

研究揭示飛行羽毛形成的原理

作者：

小柯機器人

發布時間：2019/11/29 14:29:52

近日，美國南加州大學Cheng-Ming Chuong、中國臺灣醫科大學Wen-Tau Juan等研究人員合作揭示，飛行羽毛形成所需的生物結構學原理和適應性。2019年11月27日，國際知名學術期刊《細胞》發表了這一成果。

研究人員表示，數百萬年以來，羽毛化恐龍和早期鳥類的飛行進化需要具有層次結構分支的飛行羽毛。在研究基於倒鉤的羽毛形式時，對羽毛杆和葉片的研究仍不足。

研究人員採用了多學科的方法來研究其分子控制和生物結構組織。在橫紋脊中，表皮祖細胞在Bmp的引導下轉化皮層和髓質角質形成細胞，並轉化生長因子β（TGF-β）信號，從而將編織物轉化為可適應的雙層複合束。

在倒鉤中，表皮祖細胞產生圓柱狀、板狀或鉤狀的barbule細胞，形成不規則的細胞交界處和角蛋白表達介導的蓬鬆分支或羽毛狀翼。轉錄組分析和功能研究表明，在真皮乳頭中的前-後Wnt2b信號控制著時空共線性的barbule細胞命運。對具有不同飛行特性的鳥類的羽毛和緬甸琥珀中的羽毛進行定量生物物理分析，研究人員揭示了多維功能如何實現並可以啟發未來的複合材料設計。

附：英文原文

Title: The Making of a Flight Feather: Bio-architectural Principles and Adaptation

Author: Wei-Ling Chang, Hao Wu, Yu-Kun Chiu, Shuo Wang, Ting-Xin Jiang, Zhong-Lai Luo, Yen-Cheng Lin, Ang Li, Jui-Ting Hsu, Heng-Li Huang, How-Jen Gu, Tse-Yu Lin, Shun-Min Yang, Tsung-Tse Lee, Yung-Chi Lai, Mingxing Lei, Ming-You Shie, Cheng-Te Yao, Yi-Wen Chen, J.C. Tsai, Shyh-Jou Shieh, Yeu-Kuang Hwu, Hsu-Chen Cheng, Pin-Chi Tang, Shih-Chieh Hung, Chih-Feng Chen, Michael Habib, Randall B. Widelitz, Ping Wu, Wen-Tau Juan, Cheng-Ming Chuong

Issue&Volume: 2019/11/27

Abstract: The evolution of flight in feathered dinosaurs and early birds over millions of years required flight feathers whose architecture features hierarchical branches. While barb-based feather forms were investigated, feather shafts and vanes are understudied. Here, we take a multi-disciplinary approach to study their molecular control and bio-architectural organizations. In rachidial ridges, epidermal progenitors generate cortex and medullary keratinocytes, guided by Bmp and transforming growth factor β (TGF-β) signaling that convert rachides into adaptable bilayer composite beams. In barb ridges, epidermal progenitors generate cylindrical, plate-, or hooklet-shaped barbule cells that form fluffy branches or pennaceous vanes, mediated by asymmetric cell junction and keratin expression. Transcriptome analyses and functional studies show anterior-posterior Wnt2b signaling within the dermal papilla controls barbule cell fates with spatiotemporal collinearity. Quantitative bio-physical analyses of feathers from birds with different flight characteristics and feathers in Burmese amber reveal how multi-dimensional functionality can be achieved and may inspire future composite material designs.

DOI: 10.1016/j.cell.2019.11.008

Source: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)31229-2

Cell：《細胞》，創刊於1974年。隸屬於細胞出版社，最新IF：36.216

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