新年祝福里少不得一句鹏程万里，前途无量，一飞冲天，一鸣惊人……当祝福与飞翔的能力结合，可见人类对鸟儿自由翱翔蓝天的羡慕。作为躲过白垩纪末期物种灭绝灾难的鸟类，靠着飞行这一特殊技能，吸引了众多科学家对其进行的演化探索。鸟类如何从恐龙演化而来？为什么鸟类有不同的色彩？羽毛起到怎样的作用？基因君带你读懂国家基因库与华大基因、日本东北大学、东京大学、中国科学院昆明动物研究所等机构发表在Nature Communications的关于鸟的故事。

Functional roles of Aves class-specific cis-regulatory elements on macroevolution of bird-specific features

（原文链接：http://www.nature.com/articles/ncomms14229）

会飞，还真不是件简单的事

无论女娲补天还是嫦娥奔月，无论是长着翅膀的丘比特还是驾着金色天马的阿波罗，这些神话传说都寄托着人类飞翔的梦想，以及行动：公元前2000年中国人发明了风筝；公元前400多年，鲁班制作了能飞翔的木鸟；晋朝时期，中国人发明了竹蜻蜓，后来成为直升机的灵感来源；1903年，莱特兄弟首架飞机试飞成功......如今人们通过发现鸟类的奥秘，制造了现代飞机、滑翔伞等让人们能飞上蓝天的工具。

翅膀及尾部的飞羽，是鸟儿飞行能力的重要因素。人类利用仿生学，从其他物种身上获得灵感并进行模仿以制造新设备工具，飞机的制造就从鸟的翅膀、羽毛等处获得了许多启发。比如，飞机的“翼尖帆”模仿鹰类翅尖向上卷曲呈90度的羽毛，以减小空气漩涡，提高飞行效率；现代飞机飞行噪声比早期降低了不少，正是借鉴了猫头鹰静音飞行的秘密武器——锯齿状的翅膀羽毛和腿部绒毛结构；海鸟则能通过喙部探测风从而调节翅膀形状抑制升力，帮助飞机提高飞行效率。

鸟儿的飞行奥秘，还有许多是人类没有发现的，比如军舰鸟、金色鹬，飞越数千公里只消耗很少的能量；几厘米长的蜂鸟能够以极快的速度飞上数千米并悬停，接着俯冲、倒飞，灵活无比……

虽然鸟的种类丰富，各有所长，但它们也有着许多共同的特征，比如鸟喙、中空质轻的骨头、羽毛等。鸟的这些特征与基因有关，这些不同生物体中相似的基因序列，就被称为保守序列。近日，科学家们发现，鸟的特异性保守序列在这些性状的演化中起到了关键作用。

最初，羽毛不是用来帮助飞行的

鸟儿从恐龙演化而来，1862年，考古学家们发现了始祖鸟的化石，有着显著的恐龙特征，也有翅膀、羽毛。

白垩纪时期，鸟类就已开始大量涌现。而一次行星撞击或是其他方式带来的地球环境改变，灭绝了许多动植物，其中包括现代鸟类的祖先——恐龙。生存下来的现代鸟类祖先被称为新鸟亚纲（Neornithes），它们适应环境的改变而迅速演化形成生物多样性繁复的鸟类世界——如今鸟类有超过10000个不同物种。

最初，鸟类祖先身上长出美丽的羽毛，并不是为了飞翔，可能只是源自异性吸引的需要，或是保暖作用。可随着环境适应的需要，羽毛的功能发生了变化（这也被成为扩展适应），鸟儿得以飞上天空（或许出于逃离危险或是其他需要）。最初羽毛如同中空的软管，接着变成绒毛，后来才慢慢演变成现在我们看到的样子。由此也可见，羽毛并不是为了飞行而演化出来的。

貌美如花的......居然都是公的

雄性负责貌美如花，雌性负责孵蛋养娃，动物世界有时还真让人看不懂呢~一起看看鸟中当之无愧的颜值担当~

羽毛最初可能就只起到保暖或装饰作用，尤其在雄性身上体现得明显，争奇斗艳努力在求偶的路上力克群雄。那么，艳丽的羽毛从哪儿来的呢？

人类体表覆盖皮肤、毛发、指甲，鸟类则有羽毛，不同的是，它由α角蛋白家族和β角蛋白家族构成，而人类等脊椎动物只有α角蛋白家族。β角蛋白家族为爬行动物包括鸟类特有。

角蛋白就如同制作鸟类服装的重要材料，不同鸟类的服装需要通过选取不同类型和不同数目的角蛋白来量身定制。β角蛋白的多样性与鸟类表皮的多态性密切相关，它分为四个亚类——爪子、羽毛、鳞片、角化细胞的β角蛋白，它们都参与到了羽毛发育过程中，但其不同比例构成影响着羽毛的组成结构与复杂性。

2014年，由华大基因主导、来自世界上20多个国家，80多家机构的200多名科学家完成的鸟类大型研究中，发现了颜色鲜艳的羽毛的演化历程。一篇Science综合性文章中，研究人员发现有8个鸟类物种，它们的与羽毛颜色相关的基因角蛋白等都比其它的基因演化显著地要快。在一项发表在BMC Evolutionary Biology的研究中，来自南卡罗来纳大学的Matthew Greenwold和Roger Sawyer分析发现，水鸟具有最少的β角蛋白基因，相比水鸟，该基因在陆地鸟类则多出2倍以上，而在被人工驯化的鸟类中数量更多，高达8倍以上。

继2014年Science及Genome Biology, GigaScience等杂志以专刊形式发表28篇关于48只鸟类物种的基因组测序、组装和全基因组比较分析后，鸟类研究又迎来新成果。2017年2月6日，Nature Communications刊登了关于鸟的外羽演化奥秘的文章，来自国家基因库、华大基因、日本东北大学、东京大学、中国科学院昆明动物研究所等单位的研究团队通过比较48个已知鸟类物种的基因组和9个其它类群脊椎动物基因组（涵盖哺乳类、爬行类、两栖类和鱼类），发现大概1%的鸟类基因组区域属于鸟类基因组特异性保守序列（ASHCEs），且超过99%的ASHCEs都落在非编码区。

根据化石记录，早在侏罗纪时期，有些恐龙已经发育出了原始的羽毛，在生存于1.6亿年前左右的近鸟龙中就已经出现了对称的飞羽。现代鸟类非对称的飞羽据推测在1.2亿年前的小盗龙和现代鸟类的祖先就已经出现。研究人员推测，鸟类的祖先大概在1.4亿年前左右就获得了这个ASHCE。

研究发现SIM1基因在鸟(鸡)胚胎中被特异性的激活，而且其表达的时间和位置与飞羽的发育时间和位置相契合。这种现象在其他脊椎动物上并没有发现。研究人员证实，SIM1的鸟类特异性激活与其携带的ASHCE具有密切的关系，推测鸟类正是因为其祖先在与其他恐龙分化后，获得这个ASHCE，促使了飞羽的特异性发育。

历史长河一去不返，我们无法直观了解演化前的故事，但我们可以通过基因组测序与分析，完成演化历程中的故事拼图。随着研究的深入，获得越来越多的基因组数据，科学家们能解答的问题也越来越多，能保护的物种也越来越多。未来或许有一天，我们能够重现演化过程，把那些消失在历史中的物种带回来。

基因科技造福人类

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