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沐鸣平台地球上最性感鸟类背后的基因


为了一睹性选择的力量,金领侏儒鸟的舞姿无人能敌。每年六月,在巴拿马的热带雨林里,麻雀般大小的雄鸟会聚集在一起,抖松它们鲜艳的黄色喉咙,扬起翅膀,以每秒60次的速度拍手叫好。当雌鸟对雌鸟有好感时,雌鸟紧接着会做出杂技般的跳跃,更多的扇动翅膀,也许还有一瞬间的后空翻。“如果侏儒怪是人类,他们将是我们社会中最伟大的艺术家、运动员和社会名流之一,”弗吉尼亚理工学院和州立大学的综合生物学家伊格纳西奥·摩尔(Ignacio Moore)说。

自查尔斯·达尔文以来,生物学家就了解到,当雌性选择与外表最华丽、表现最出色的雄性交配时,这种表现欲就会进化出来——这是健康的象征。现在,通过研究金领侏儒金(Manacus vitellinus)及其近亲的基因组,研究人员正在探索驱动这些复杂行为和特征的基因。上个月,在综合与比较生物学学会(Society for Integrative and Comparative Biology)的虚拟会议上,摩尔和其他研究人员在已经发表的两个侏儒基因组的基础上,介绍了四个侏儒基因组,并挑出了在鸟类肌肉和大脑中发挥作用的基因,这些基因可能使这种展示成为可能。

佛罗里达州立大学的行为生态学家艾米丽·杜瓦尔说,这项工作“让我们更好地理解了为什么侏儒鸟会做这些令人惊叹的事情”。在过去的十年里,研究人员已经对自然选择如何影响基因组有了很多了解。“相比之下,我们对性选择特征的潜在基础知之甚少,”东卡罗莱纳大学(ECU)进化生物学家克里斯托弗·巴拉克里斯南(Christopher Balakrishnan)说。通过将特征和基因映射到侏儒鸟家谱上,研究人员开始追踪导致最复杂表现的逐步遗传变化,并确定性选择的工作方式是否与自然选择不同。

其他物种——尤其是天堂鸟和园丁鸟——也进行了令人印象深刻的性展示。但侏儒怪拥有更多种类的此类特征,而且数量更丰富,更容易接近,更容易深入研究。卡耐基梅隆大学的进化神经生物学家Morgan Wirthlin说,我们可以“评估这些行为的基因组基础,而这在脊椎动物的许多其他复杂行为特征中是不可能的。”

正如Balakrishnan和他的同事在会议上报告的那样,杏3沐鸣平台一颗甜味的牙齿——或者说是喙——可能为侏儒鸟的性选择奠定了基础。据了解,它们的祖先已经从昆虫转向了水果,研究人员猜测,这种转向更容易获得、更丰富的食物来源的行为,为雄性寻找配偶提供了额外的能量。

通过比较继续吃昆虫的侏儒鸟近亲和吃水果的侏儒鸟近亲的基因组,Balakrishnan和马普鸟类研究所的Maude Baldwin及其同事发现了吃水果和复杂的雄性展示是逐步进化的证据。研究人员发现,编码美味味觉受体的基因甚至在侏儒鸟成为水果食者之前就开始发生变化。鲍德温在会议上报告说,当拥有藏红花冠的侏儒(Neopelma chrysocephalum)进化时,这种受体已经对成熟果实的甜味变得敏感——这在鸟类中是罕见的特征。这个物种以简单的啤酒花为食——这是后来进化出的以水果为食的物种精心展示的一部分。

Wirthlin和其他人探索了使这些行为成为可能的DNA变化。在她对5个侏儒类基因组的分析中,她把重点放在了超保守的非编码元素上。从鸡到人,这些DNA片段在动物中几乎保持了完全相同,并被认为在调节其他基因方面发挥着关键作用。考虑到这种保护,她认为它们是一个寻找可能的性选择指纹的好地方。

侏儒鸟的基因组中,有57个元素与其他物种的匹配序列略有不同;这些变化可能会改变它们调节的基因的活动。其中一些元素聚集在肌肉蛋白和激素受体的基因周围,一些靠近大脑中表达的基因,包括两个,TLE4和MEIS2,它们活跃在快速视觉处理所需的区域。Wirthlin报告说,这两种基因在侏儒鸟身上都不如斑胸草雀活跃,这种变化可能有助于雄性侏儒鸟应对它们疯狂舞蹈的视觉需求。

Matthew Fuxjager是布朗大学的一名综合生物学家,他对Wirthlin的发现感到兴奋,他发现进化可能加速了鸟类荷尔蒙受体的基因活动。在某些物种中,高速拍击翅膀需要特别快速有力的胸鳍肌肉,而胸鳍肌肉对雄性激素非常敏感。Fuxjager说:“雄激素通过改变肌肉功能基因的活动来提高速度。”

在这次会议上,Balakrishnan报告指出,其他基因也可能对这些关键的肌肉产生了增压作用。他的基因组分析表明,参与肌肉代谢和生长的基因活动在侏儒动物进化的早期发生了变化,产生了更强大的肌肉。他没有研究过雌性,但他和Fuxjager认为,可能是迁徙的需求,而不是交配的需求,导致了这些早期的变化。随后,当性选择开始作用于进化较晚的物种时,沐鸣平台雄性激素受体和其他信号通路的变化,使得雄性的飞行肌肉能够进行求爱所需的非常快的动作。(其他研究表明,女性肌肉对雄激素不那么敏感。)

侏儒鸟的行为不仅仅是声音和动作——在某些物种中,这也是一种社会行为,需要多达20只雄性侏儒鸟来协调。在所有的脊椎动物中,大脑“核”的网络——类似的神经细胞簇——有助于控制社会行为,并且在会议上提出的研究表明这些核中的基因活动模式随睾丸激素水平的变化而变化。ECU的进化生物学家佩里·博尔顿、米勒斯维尔大学的生态学家布伦特·霍顿和史密森国家动物园的布伦特·赖德共同进行了这项研究,他们认为雄激素受体的变化可能有助于鸟类的社会复杂性和运动能力。

尽管侏儒怪的展示令人眼花缭乱,研究人员同样对它们复杂的基因基础感到惊叹。摩尔说:“我们的研究告诉我们,美不仅仅是表面的。”