只需一個(gè)原子就可以完全改變鸚鵡的顏色——方法如下

在整個(gè)動(dòng)物王國(guó)中，鳥類是所有動(dòng)物中最豐富多彩的生物之一。但是，所有顏色驚人的不同鳥類是如何出現(xiàn)的呢？

幾乎所有擁有鮮紅色、橙色和黃色羽毛或喙的鳥類都使用一組稱為類胡蘿卜素的色素來產(chǎn)生它們的顏色。然而，這些動(dòng)物不能直接制造類胡蘿卜素。他們必須通過飲食從他們吃的植物中獲得它們。

鸚鵡是這個(gè)規(guī)則的例外，它進(jìn)化出一種全新的方法來制造彩色顏料，稱為鸚鵡油黃霉素。

盡管科學(xué)家們已經(jīng)了解這些不同的色素一段時(shí)間，了解鳥類如何利用它們來改變顏色背后的生化和遺傳基礎(chǔ)還不太清楚。但最近關(guān)于鸚鵡和雀類的兩項(xiàng)獨(dú)立研究為這個(gè)謎團(tuán)提供了重要的見解。

一項(xiàng)研究，發(fā)布于當(dāng)前生物學(xué)，由我們中的一位 （Daniel Hooper） 領(lǐng)導(dǎo)，并且另一個(gè)由葡萄牙生物學(xué)家羅伯托·阿博雷 （Roberto Aboldé） 領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)表于科學(xué).它們共同促進(jìn)了我們對(duì)鳥類如何產(chǎn)生五顏六色的展示以及這些特征如何進(jìn)化的理解。

單一酶

這兩項(xiàng)新研究涉及大型國(guó)際研究人員團(tuán)隊(duì)。他們利用基因測(cè)序的最新進(jìn)展來檢查基因組的哪些區(qū)域（動(dòng)物的完整 DNA）決定了鸚鵡和雀類的自然黃到紅顏色變化。

值得注意的是，盡管這兩類鳥類使用不同類型的顏料產(chǎn)生五顏六色的展示，但科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)它們以相似的方式進(jìn)化。

Arbore 的研究著眼于暗色的 Lory(Pseudeos fuscata），一種原產(chǎn)于新幾內(nèi)亞的鸚鵡，羽毛帶可能為黃色、橙色或紅色。

研究發(fā)現(xiàn)，黃色和紅色羽毛顏色之間的變化與一種叫做 ALDH3A2 的酶有關(guān)。這種酶將紅鸚鵡色素轉(zhuǎn)化為黃色色素。

當(dāng)發(fā)育中的羽毛含有大量酶時(shí)，它們最終會(huì)變成黃色;當(dāng)它們減少時(shí)，它們最終會(huì)變成紅色。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)ALDH3A2酶還可以解釋許多其他種類的鸚鵡的顏色變化，這些鸚鵡已經(jīng)獨(dú)立進(jìn)化出從黃色到紅色的顏色變化。

兩個(gè)特殊基因

這長(zhǎng)尾雀(Poephila acuticauda （尖葉詩(shī)人））是一種原產(chǎn)于澳大利亞北部的鳴禽。有兩個(gè)雜交亞種，喙色不同。一個(gè)是黃嘴，另一個(gè)是紅嘴。

鳥類可能從飲食中攝入的大多數(shù)類胡蘿卜素色素是黃色或橙色的，因此鳥類的身體在食用后必須以某種方式改變色素的化學(xué)成分以產(chǎn)生紅色。

Hooper 的研究檢查了野外長(zhǎng)尾雀整個(gè)分布中這種性狀的變異，以及被測(cè)鳥類基因組的變異。事實(shí)證明，這些雀類的喙色主要與兩個(gè)基因有關(guān)，即 CYP2J19 和 TTC39B。

這兩個(gè)基因共同驅(qū)動(dòng)黃色膳食類胡蘿卜素向紅色類胡蘿卜素的轉(zhuǎn)化。

在長(zhǎng)尾雀中，黃色似乎是由于突變?cè)斐傻?，這些突變專門關(guān)閉了喙中的這些基因，同時(shí)讓它們?cè)谏眢w的其他部位（例如眼睛）保持開啟。

通過將這些顏色基因的 DNA 密碼與其他雀類物種進(jìn)行比較，研究人員還發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代長(zhǎng)尾雀的祖先有紅色的喙，但突變的黃色喙已經(jīng)慢慢變得越來越普遍。

就像燈泡調(diào)光器

這些研究共同展示了顏色如何在自然種群中進(jìn)化。

在鸚鵡和雀類中，導(dǎo)致黃色到紅色變化的突變并沒有改變相關(guān)酶的功能。相反，它們影響了這些酶活躍的地點(diǎn)和時(shí)間。

可以將其視為通過在現(xiàn)有電燈開關(guān)上安裝調(diào)光器來改變房間的照明，而不是拆除整個(gè)燈具。

科學(xué)家們還表明，在鸚鵡和雀類的野生種群中，僅幾個(gè)基因的突變就可以深刻地改變色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)——足以區(qū)分紅色和黃色。

關(guān)鍵基因通過酶的作用改變色素分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這種酶只向色素中添加一個(gè)氧原子。這使得它在鸚鵡中從亮紅色變?yōu)榱咙S色，而在雀類中則相反，從亮黃色變?yōu)榱良t色。

大自然的奇跡

自從查爾斯·達(dá)爾文 （Charles Darwin） 在概述他的自然選擇進(jìn)化理論時(shí)使用它們以來，鳥類顏色的進(jìn)化一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。我們周圍看到的密切相關(guān)的鳥類之間最明顯的區(qū)別是它們的顏色。

這兩項(xiàng)新研究向我們展示了幾個(gè)基因和單個(gè)氧原子的添加如何改變進(jìn)化過程，創(chuàng)造出一種看起來如此截然不同的新形式。

如果這在進(jìn)化意義上改善了動(dòng)物——也許它們看起來對(duì)潛在伴侶更有吸引力或更突出——它可能會(huì)導(dǎo)致新物種的起源。

這項(xiàng)工作提醒我們大自然的奇妙之處，并表明進(jìn)化是一個(gè)持續(xù)的過程。

為了保護(hù)物種，我們需要盡可能多地保護(hù)它們的遺傳復(fù)雜性。種群中的每個(gè)個(gè)體都包含一個(gè)獨(dú)特的基因組，每一個(gè)微小的變異都是過去數(shù)百萬年進(jìn)化的產(chǎn)物。它也可能是未來新物種發(fā)展的關(guān)鍵。

西蒙·格里菲斯， 鳥類行為生態(tài)學(xué)教授，麥考瑞大學(xué)和丹尼爾·胡珀， 博士后， 生物信息學(xué)和計(jì)算生物學(xué)，美國(guó)自然歷史博物館

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