空を優雅に舞う鳥の羽。その複雑で美しい構造は、一体どこから来たのでしょうか？最新の研究が、その起源をなんと太古の恐竜にまで遡り、進化の謎の一端を解き明かそうとしています。スイス、ジュネーブ大学の研究チームが、ニワトリの胚を使った巧みな実験で、羽毛発生の「スイッチ」を操作。まるでタイムトラベルのように、恐竜がまとっていたかもしれない「最初の羽毛」の姿を垣間見ることに成功したのです。羽毛は、動物界で最も複雑な皮膚付属器の一つです。その進化の起源は広く議論されてきましたが、古生物学的な発見や発生生物学の研究は、羽毛がプロトフェザーとして知られる単純な構造から進化したことを示唆しています。これらの単一の管状フィラメントで構成される原始的な構造は、約2億年前に特定の恐竜に出現しました。古生物学者たちは、約2億4千万年前の恐竜と翼竜（膜状の翼を持つ最初の飛行脊椎動物）の共通祖先に、さらに早くから存在していた可能性について議論を続けています。
プロトフェザーは単純な円筒状のフィラメントです。それらは、羽枝や小羽枝がないこと、そして基部にある陥入構造である羽包がないことによって、現代の羽毛とは異なります。プロトフェザーの出現は、羽毛進化における最初の重要なステップを示したと考えられ、当初は断熱や装飾を提供し、その後、自然選択のもとで徐々に改変され、飛行を可能にするより複雑な構造を生み出しました。
ジュネーブ大学科学部遺伝学進化発生学研究室の教授であるミシェル・ミリンコビッチ博士（Michel Milinkovitch, PhD）の研究室では、ソニック・ヘッジホッグ（Shh: Sonic Hedgehog）経路のような分子シグナル伝達経路（細胞内および細胞間でメッセージを伝達するコミュニケーションシステム）が、現代の脊椎動物における鱗、毛、羽毛の胚発生において果たす役割を研究しています。以前の研究で、このスイスの科学者たちは、ニワトリ胚の血管に活性化分子を注射することでShh経路を刺激し、鳥の足の鱗が羽毛へと完全かつ永続的に変化するのを観察しました。
最初の恐竜のプロトフェザーを再現する
「Shh経路は羽毛の発生に重要な役割を果たすため、それが阻害されたときに何が起こるかを観察したいと考えました」と、ミリンコビッチ博士の研究室の博士研究員であり、本研究の共著者であるローリー・クーパー博士（Rory Cooper, PhD）は説明します。胚発生9日目、翼に羽毛の原基が現れる直前に、Shhシグナル伝達経路を遮断する分子を注射することで、二人の研究者は、分岐しておらず陥入もない原基が形成されるのを観察しました。これは、プロトフェザーの初期段階と推定されるものに似ています。
しかし、胚発生14日目からは、羽毛の形態形成が部分的に回復しました。さらに、ヒナは一部皮膚が裸の状態で孵化しましたが、休眠していた皮下の羽包が自律的に再活性化し、最終的には正常な羽毛を持つニワトリになりました。
「私たちの実験は、足の鱗の発生における一時的なかく乱はそれらを永続的に羽毛に変えることができるのに対し、羽毛自体の発生を永続的に混乱させることははるかに困難であることを示しています」とミリンコビッチ博士は結論付けています。「明らかに、進化の過程で、相互作用する遺伝子のネットワークは非常に頑健になり、大きな遺伝的または環境的摂動下でも羽毛の適切な発達を保証するようになっています。現在の大きな課題は、プロトフェザーのような形態学的新規性の出現を可能にするために、遺伝的相互作用がどのように進化するのかを理解することです。」
この新しい研究は、2025年3月20日にPLOS Biology誌に掲載されました。このオープンアクセスの論文タイトルは「In Vivo Sonic Hedgehog Pathway Antagonism Temporarily Results in Ancestral Proto-Feather-Like Structures in the Chicken（ニワトリにおける生体内ソニック・ヘッジホッグ経路の阻害は、一時的に祖先型のプロトフェザー様構造をもたらす）」です。
