Visoje gyvūnų karalystėje paukščiai yra vieni spalvingiausių būtybių. Bet kaip atsirado visos nuostabios spalvos skirtingos paukščių rūšys?
Beveik visi paukščiai su ryškiai raudonomis, oranžinėmis ir geltonomis plunksnomis arba snapeliais naudoja pigmentų grupę, vadinamą karotenoidais, kad gautų spalvas. Tačiau šie gyvūnai negali tiesiogiai gaminti karotinoidų. Jie turi jų gauti per savo mitybą iš augalų, kuriuos valgo.
Papūgos yra šios taisyklės išimtis, nes jos sukūrė visiškai naują spalvingų pigmentų gamybos būdą, vadinamą psitakofulvinais.
Nors mokslininkai jau kurį laiką žinojo apie šiuos skirtingus pigmentus, biocheminis ir genetinis pagrindas, kuriuo paukščiai naudoja juos spalvoms keisti, buvo ne toks aiškus. Tačiau du neseniai atlikti atskiri tyrimai apie papūgas ir kikilius suteikė gyvybiškai svarbios šios paslapties įžvalgos.
Vienas tyrimas, paskelbtas m Dabartinė biologijavadovavo vienas iš mūsų (Danielis Hooperis), o kitam – portugalų biologas Roberto Abore ir paskelbė m. Mokslas. Kartu jie pagerina mūsų supratimą apie tai, kaip paukščiai gamina savo spalvingus vaizdus ir kaip šie bruožai išsivystė.
Vienas fermentas
Dviejuose naujuose tyrimuose dalyvavo didelės tarptautinių mokslininkų komandos. Jie panaudojo naujausius genetinės sekos nustatymo pasiekimus, kad ištirtų, kurie genomo regionai (visas gyvūno DNR rinkinys) nulemia natūralią geltonos ir raudonos spalvos svyravimą papūgose ir kikiliuose.
Pažymėtina, kad nors šios dvi paukščių grupės gamina savo spalvingus ekranus naudodamos skirtingų tipų pigmentus, mokslininkai nustatė, kad jie vystėsi panašiai.
Arbore studija apžvelgė sutemusį lory (Pseudeos fuscata), papūga, kilusi iš Naujosios Gvinėjos su plunksnų juostomis, kurios gali būti geltonos, oranžinės arba raudonos spalvos.
Tyrimas parodė, kad poslinkiai tarp geltonos ir raudonos plunksnų spalvos buvo susiję su fermentu, vadinamu ALDH3A2. Šis fermentas raudonųjų papūgų pigmentus paverčia geltonais.
Vystančiose plunksnose yra daug fermento, jos tampa geltonos; kai jų turi mažiau, jie būna raudoni.
Mokslininkai nustatė, kad ALDH3A2 fermentas taip pat paaiškina daugelio kitų papūgų rūšių, kurios nepriklausomai išsivystė nuo geltonos iki raudonos spalvos, spalvos pokyčius.
Du ypatingi genai
Ilgauodegis kikilis (Poephila acuticauda) yra paukščių giesmininkų rūšis, kilusi iš šiaurės Australijos. Yra du hibridizuojantys porūšiai su skirtingomis spalvomis. Vienas yra geltonsnapis, o kitas raudonsnapis.
Dauguma karotinoidinių pigmentų, kuriuos paukščiai gali suvartoti iš savo raciono, yra geltoni arba oranžiniai, todėl paukščių kūnai turi kažkaip pakeisti pigmentų chemiją juos suvalgę, kad susidarytų raudonos spalvos.
Hooperio tyrime buvo nagrinėjami šio požymio kitimai visame ilgauodegių kikilių pasiskirstyme gamtoje ir išmatuotų paukščių genomų kitimai. Paaiškėjo, kad šių kikilių banknotų spalva daugiausia buvo susijusi su dviem genais – CYP2J19 ir TTC39B.
Kartu šie du genai skatina geltonųjų maistinių karotinoidų pavertimą raudonaisiais.
Atrodo, kad ilgauodegių kikilių geltona spalva atsirado dėl mutacijų, kurios išjungia šiuos genus konkrečiai sąskaitoje ir išlaiko juos kitose kūno vietose, pavyzdžiui, akyse.
Lygindami šių spalvų genų DNR kodą su kitų kikilių rūšimis, mokslininkai taip pat nustatė, kad šiuolaikinių ilgauodegių kikilių protėviai turėjo raudonus snapelius, tačiau mutantiniai geltoni snapeliai pamažu vis dažnėjo.
Kaip lemputės reguliatorius
Kartu šie tyrimai rodo, kaip spalvos gali vystytis natūraliose populiacijose.
Tiek papūgos, tiek kikiliai mutacijos, atsakingos už geltonos iki raudonos spalvos pokyčius, nepakeitė dalyvaujančių fermentų funkcijos. Vietoj to jie paveikė, kur ir kada šie fermentai buvo aktyvūs.
Pagalvokite apie tai kaip apie kambario apšvietimo pakeitimą įrengiant šviesos reguliatorių ant esamo apšvietimo jungiklio, o ne išimant visą šviestuvą.
Mokslininkai taip pat parodė, kad laukinėse papūgų ir kikilių populiacijose vos kelių genų mutacijos gali iš esmės pakeisti pigmentų cheminę struktūrą – pakankamai, kad būtų galima atskirti raudoną ir geltoną.
Pagrindiniai genai keičia pigmento molekulės cheminę struktūrą, veikiant fermentui, kuris į pigmentą prideda tik vieną deguonies atomą. Dėl to papūgose ji pasikeičia iš ryškiai raudonos į ryškiai geltoną, o kikilių – priešingai – nuo ryškiai geltonos iki ryškiai raudonos.
Gamtos stebuklas
Paukščių spalvų evoliucija buvo dėmesio centre nuo tada, kai Charlesas Darwinas jas panaudojo kurdamas savo natūralios atrankos evoliucijos teoriją. Akivaizdžiausias skirtumas tarp artimai susijusių paukščių rūšių, kurias matome aplinkui, yra jų spalva.
Šie du nauji tyrimai mums parodė, kaip keli genai ir to vieno deguonies atomo pridėjimas gali pakeisti evoliucijos eigą ir sukurti naują formą, kuri atrodo taip smarkiai.
Jei tai pagerina gyvūną evoliucine prasme – galbūt jie atrodo patrauklesni potencialiems partneriams arba labiau išsiskiria – tai gali lemti naujos rūšies atsiradimą.
Šis darbas primena mums apie gamtos stebuklą ir parodo, kad evoliucija yra nuolatinis procesas.
Norėdami išsaugoti rūšis, turime apsaugoti kiek įmanoma daugiau jų genetinio sudėtingumo. Kiekvienas populiacijos individas turi unikalų genomą, o kiekvienas mažas pokytis yra milijonų metų evoliucijos praeityje rezultatas. Tai taip pat gali būti raktas į naujos rūšies vystymąsi ateityje.
Simonas Griffithas, Macquarie universiteto paukščių elgsenos ekologijos profesorius ir Danielis Hooperis, Amerikos gamtos istorijos muziejaus bioinformatikos ir skaičiavimo biologijos mokslų daktaras.
Šis straipsnis iš naujo paskelbtas iš The Conversation pagal Creative Commons licenciją. Skaitykite originalų straipsnį.
