只需一個原子就可以完全改變鸚鵡的顏色——方法如下

在整個動物王國中，鳥類是所有動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。

鸚鵡是這個規(guī)則的例外，它進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獨立研究為這個謎團提供了重要的見解。

一項研究，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).它們共同促進了我們對鳥類如何產(chǎn)生五顏六色的展示以及這些特征如何進化的理解。

單一酶

這兩項新研究涉及大型國際研究人員團隊。他們利用基因測序的最新進展來檢查基因組的哪些區(qū)域（動物的完整 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，它們最終會變成黃色;當(dāng)它們減少時，它們最終會變成紅色。

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)獨立進化出從黃色到紅色的顏色變化。

兩個特殊基因

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

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尾雀整個分布中這種性狀的變異，以及被測鳥類基因組的變異。事實證明，這些雀類的喙色主要與兩個基因有關(guān)，即 CYP2J19 和 TTC39B。

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

在長尾雀中，黃色似乎是由于突變造成的，這些突變專門關(guān)閉了喙中的這些基因，同時讓它們在身體的其他部位（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行比較，研究人員還發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代長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和時間。

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化理論時使用它們以來，鳥類顏色的進化一直是人們關(guān)注的焦點。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。

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

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

這項工作提醒我們大自然的奇妙之處，并表明進化是一個持續(xù)的過程。

為了保護物種，我們需要盡可能多地保護它們的遺傳復(fù)雜性。種群中的每個個體都包含一個獨特的基因組，每一個微小的變異都是過去數(shù)百萬年進化的產(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)和計算生物學(xué)，美國自然歷史博物館

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