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鸟儿为什么这样红

2019-03-13 02:12:19

坦桑尼亚的朱胸斑雀的照片。来源:Staffan Andersson

在鸟的世界里,红色具有特殊的含义。许多物种使用红色作为吸引异性或阻止竞争对手的信号,并将这颜色添加到它们的喙、羽毛或者裸露的皮肤。一般来说,对许多鸟类而言,红色越多越好。目前,两个小组的研究人员独立地确定一个编码酶的基因,这种基因允许一些鸟类将它们食谱中具有黄色色素的食物变成红色色素。他们的研究成果发表在5月19日的《当代生物学》上。

“为了生产红色的羽毛,鸟儿将黄色的食用色素类胡萝卜素转化为红色的色素,然后存入它们的羽毛。”葡萄牙波尔图大学(Universidade do Porto)的MiguelCarneiro说。“鸟儿也在视膜上的一种视锥细胞中积累相同的红色色素,以给视膜增强颜色视觉。我们发现一种酶的编码基因,可以使鸟类进行黄色和红色色素的转换。”

“我们之间就已经知道有些鸟能够将红色的氧化类胡萝卜素变成黄色的类胡萝卜素,它们从食物中获得这些色素,但是涉及的基因或酶以及结构位置还是模糊不清的。”剑桥大学(University of Cambridge)的NickMundy补充道。“我们的发现填补了这一空白,并为未来鸟类红色染色的进化和生态学研究提供了基础。”

Carneiro的团队,包括圣路易斯的华盛顿大学(WashingtonUniversity)医学院的Joseph Corbo和奥本大学(Auburn University)的GeoffreyHill,他们的发现多亏了100年前就使黄色金丝雀和红色金翅雀杂交,并生产出世界上只红色金丝雀的金丝雀爱好者。在新的研究中,研究人员对比了黄色、红色金丝雀和红色金翅雀的基因序列,寻找与鸟类颜色相对应的基因的不同之处。

这张照片展示了红色和黄色的红雀。科学家们已经确定了允许鸟类例如红雀具有红色羽毛的基因。罕见的生产红色色素缺陷的黄色红雀偶尔能在野外见到。来源:Geoffrey E. Hill (红色红雀)和Jim McCormac (黄色红雀)

他们的研究使他们发现了细胞色素P450酶,称为CYP2J19。对基因表达进一步的分析表明,在红色金丝雀的皮肤和肝脏上高水平的表达了这种酶,这强烈的暗示了这种酶是负责产生红颜色的。

其他的报告里,Mundy和他的同事,包括哥德堡大学(University ofGothenburg)的Staffan Andersson和谢菲尔德大学(University of Sheffield)的JessicaStapley,通过比较斑胸草雀的独特红色喙,和突变斑胸草雀的黄色喙。

鸟儿为什么这样红

斑胸草雀有三种相关的细胞色素P450基因,研究人员发现黄色喙的鸟的多个突变区域。他们进一步发现具有黄色喙的鸟几乎检测不到这种酶的水平。

研究人员表示,遗传学发现为研究新的红颜色的鸟类做好了准备。他们也提出了许多新的和有趣的问题。例如,现在鉴定的基因属于已知的基因家族,该家族在解毒上发挥重要的作用。

“在性选择上,红色被认为是证明个体身体状况的信号,能够体现这一点的一个途径是色素的类型或数量与其他生理过程相关,比如解毒。”Anderson说,“我们的研究结果将胡萝卜素代谢和解毒相关的基因联系在一起,这可能成为研究以胡萝卜素为基础的信号的新亮点所在。”

科学家们已经确定了让鸟类如玫红丽唐纳雀为羽毛生产红色色素的基因。在这只一岁雄鸟中,红色基因在产生红色羽毛的毛囊中被激活,并在产生黄色羽毛的其它毛囊中被关闭。来源:Geoffrey E. Hill

Corbo说,有一件特别令人惊奇的事,那就是“红色基因”在许多鸟类的基因组中都被发现,而不仅仅是具有红色羽毛的鸟。

“白天活动的鸟类用这种基因为视膜生产出红色的色素以加强视觉,”Corbo说,“然而,只有具有红色羽毛的鸟才使这种基因在皮肤表达。这些发现表明,几乎所有鸟类都有产生红色羽毛的能力,但是为了确实实现这一点,他们必须努力向在皮肤里表达这种基因的方向进化,而不仅仅是在视膜中表达。”

Mundy和Anderson现在回到了对鸟类的研究上,以再次寻找“红色制造者”。非洲寡妇鸟和主教鸟展现了“不同物种之间巨大的差异”。有趣的是,“这一组鸟类多次进化出耀眼的红色,主要是由于我们描述过的机制,但也有一些非常有趣的例外。”

Corbo和同事们还计划去探索更多鸟类的红色羽毛,研究它们是出于相同还是不同的机制。他们说,他们还将继续使用金丝雀作为揭示鸟类遗传基础和其他有趣特征的模型。

翻译:曹元青

审校:颜磊

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