Vid första anblicken, de flesta skulle inte tro att alligatorer eller fåglar var evolutionära kusiner. Men verkligen, reptiler är de närmaste levande släktingarna till fåglar, och alla härstammar från archosaurs, de "härskande reptilerna" som en gång dominerade jorden för 250 miljoner år sedan.

Archosaurs gav upphov till dinosauriernas ålder och, så småningom, fåglar och reptiler som deras enda levande ättlingar.

Nyligen, många övergångsdinosaurfossiler med helt eller delvis fjäderdräkt har upptäckts. Forskare spekulerar i att dessa primitiva "proto-fjädrar" av fjädrade dinosaurier kan ha utvecklats för att hjälpa endotermi, locka kompisar, gav dem en förmåga att bättre sprida rovdjur, och så småningom glida och flyga.

Men exakt hur den yttre huden och underliggande vävnader specificerar fjädrar kontra skalor - och slutligen utvecklingen av flykt - har förblivit ett mysterium.

Dock, detta rika evolutionära arv bör fortfarande vara inbäddat i allt levande fågel- och reptil -DNA.

För forskare som läkare av regenerativ medicin Dr. Cheng-Ming Choung, professor i patologi vid Keck School of Medicine i USC, fältet är nu moget för plockning med framstegen inom modern genomik som kan finslipa på de molekylära ledtrådarna som är ansvariga för utvecklingen av fjädrar och flykt.

Och i en ny studie publicerad i den avancerade onlineutgåvan av Molekylärbiologi och evolution , Chuong har lett ett internationellt team att identifiera en uppsjö av nya gener som är involverade i skala och fjäderutveckling.

"Vi har nu en potentiell molekylär förklaring till dessa hypoteser som saknas, sa Chuong.

De har också visat förmågan att göra vågar till fjädrar, genom att slå på och av nyckelmolekylära kretsar i kritiska stadier av skalväxt och utveckling.

"Dessa resultat visar att olika störningar orsakar olika skalningsnivåer till fjäderkonvertering, vilket innebär att vågar har förmågan att bilda fjädrar med tanke på rätt molekylära signaler, sa Chuong.

För forskningsstudien, laget utförde en fullständig RNA -transkriptom- och DNA -genomisk analys av utvecklande kycklingar och alligatorer för att identifiera deras genuttrycksskillnader och de viktigaste generna i skala eller fjäderbildning.

Nästa, de placerade dessa unika kycklingfjädergener i alligatorägg, försiktigt sätta på eller stänga av dem under deras växande hud för att väcka en gammal programmering som kan göra vågar till fjädrar.

"Våra analyser ledde till identifiering av fem morforegleringsmoduler som är väsentliga för modern fjäderbildning, "sa Chuong." Vi föreslår att dessa moduler ursprungligen kan utvecklas som olika strategier för bättre anpassning. Så småningom, den integrerade kombinationen av fem morforegleringsmoduler uppnår den mycket framgångsrika fjäderarkitekturen idag, tillåter Ave -klassen att hävda det mesta av den öppna himlen som sin ekologiska nisch. "

Dessa nyckelkretsar leder till spirande och förlängning av bilagor, follikel med stamceller och dermal papilla för att möjliggöra cyklisk regenerering, taggkantsbildning med olika förgreningsformer, och specifik fjäderkeratindifferentiering.

Vissa molekyler kan bara framkalla ett av de fem kriterierna, t.ex., Sox2 -genen kan aktivera fjäderknoppning och helt hämmar skalbildning, medan Grem1 kan framkalla hullingliknande förgrening.

"Andra molekyler, såsom retinsyra eller Sox18, har en större förmåga att framkalla scutatvågar för att bilda fjäderliknande hudbilagor, "sa Chuong." Dessa fjäderliknande bilagor visar alla fem kriterier som definierar fjädrar, föreslår att de agerar på en högre hierarkisk nivå i denna evolutionära väg. "

Dessa mästarregulatorer kan ha varit de allra första generna som anpassade sig under den gamla archosaurusutvecklingen och fick en nyvunnen förmåga att göra dagens komplexa fjädrar.

"Spännande, några av dessa fenotyper liknar de ovanliga filamentösa bilagorna som finns i fossilerna av fjädrade dinosaurier. "

Inspirerad av den "flygande draken, "Ping Wu vill utmana alligatorskalor för att bilda fjädrar. Genom tvångsuttryck av sprouty och beta-catenin, gener som de fann för att hjälpa till att omvandla kycklingskalor till fjädrar, de kan orsaka bildandet av långsträckta skalor i alligatorens embryonala hud.

Studien lägger betydligt till den växande listan över gener och molekyler som är kända för att framkalla fjäderliknande strukturer hos fåglar och har etablerat ett kraftfullt nytt system hos alligatorer för att testa och vidare utforska flygets utveckling.