对不同种类翠鸟的基因分析,揭示了它们以某些相同的方式适应了“高台跳水”,避免脑震荡,毫发无伤地生存。
翠鸟
翠鸟(Alcedinidae)是一个科,该科有116种,分为3亚科19属,是一群小型到中型、颜色鲜艳的鸟类。它们具有世界性分布,大多数物种发现于非洲、亚洲和大洋洲的热带地区。
所有翠鸟都有大头、长而锋利的尖嘴、短腿和粗短的尾巴。通常,我们觉得翠鸟都是“钓鱼佬”——可以在平静的池塘和小河附近的森林中找到。
实际上,翠鸟拥有广泛的栖息地。河流和湖泊之外,世界上超过一半的物种存在于森林和森林溪流中,它们还广泛占据其他的栖息地。这一科有许多非常“喜感”的小家伙,猫子举几个例子:
像许多森林翠鸟一样,黄嘴翠鸟经常在树栖白蚁巢中筑巢;
新几内亚的天堂翠鸟拥有对于该群体来说异常长的尾巴;
大名鼎鼎的笑翠鸟,叫声听起来像人类的笑声。
钓鱼佬
既然翠鸟是全球分布广泛的物种,那么不同的种群必然有不同的饮食。总体来说,翠鸟以多种猎物为食:甲壳类动物、青蛙和其他两栖动物、环节动物、软体动物、昆虫、蜘蛛、蜈蚣、爬行动物(包括蛇),甚至鸟类和哺乳动物。
我们熟悉的还是翠鸟捕鱼的本事。
翠鸟一猛子扎进水下捕猎猎物时,能够计算水的折射和反射,并能够准确判断水下的深度。
它们还具有覆盖眼睛的瞬膜,以在落水时保护眼睛。其中,最突出的是斑翠鸟,它有一个骨板——会滑过眼睛,提供额外的保护。
大部分翠鸟的嘴很长,像匕首一样。
对于捕食鱼类的物种来说,喙通常更长、更紧凑,而对于在地面上捕食猎物的物种来说,喙通常更短、更宽。最搞怪的是铲嘴笑翠鸟,它们用这张大嘴巴在森林地面上挖掘寻找猎物。
之前的研究中已经发现,捕鱼的翠鸟物种,它们喙的形状产生了趋同进化——又长又尖,这可以让它们更有效地潜入水中。
但,适应性不仅仅是表观那么简单。
特定的基因调整,避免脑震荡
翠鸟的潜水速度高达每小时40公里,这会给鸟类的头部、喙和大脑带来巨大的潜在破坏性压力(有驾照的基本都明白这个速度的撞击力有多强)。
翠鸟一天之内反复跳水、潜水,将头撞入水中。如果是人类,带着个尖尖的头盔像它们这么干,势必脑震荡。
生物学家认为,肯定或者说必须有某种东西可以保护翠鸟,让它们“豁免”反复将头撞到坚硬基质上的可怕后果。
在一项新研究中,生物学家分析了30种翠鸟的完整基因组,其中一些翠鸟每天跳水潜水捕鱼,另一些则抓捕地面食物。
同时,这些被研究的翠鸟来自世界各地、陆地、岛屿——彼此独立进化出跳潜捕鱼的能力,而不是来自同一个潜水祖先。
研究小组想知道不同的潜水物种是否进化出了类似的基因变化以达到相同的行为。
结果,对比陆地物种,分析揭示了跳潜物种中有93个基因发生变化的证据,这些基因似乎标志着遗传趋同:与大脑功能以及视网膜和血管发育相关的基因发生了变化,这会防止它们在潜水期间受到伤害。
其中,有一个突变脱颖而出:这是对一个基因的调整,该基因包含制造tau蛋白的指令,当正常运作时,该蛋白有助于稳定细胞结构。
在人类中,tau蛋白与阿尔茨海默病等神经退行性疾病有关,并且在多次遭受脑震荡的人的脑组织中出现团块。
于是乎,研究提出了一个非常有趣的假设——不同翠鸟物种,为了适应跳潜捕鱼,累积了相同的突变——即相同的tau蛋白已被重复使用来减轻翠鸟面对脑震荡的严重影响。
写在最后
不同种类的潜水翠鸟可能以某些相同的方式适应了潜水而毫发无伤地生存,很可能是基因突变——由此产生的蛋白质(尤其是tau蛋白)起到了积极作用。
下一步,如果类似的研究能够更深入了解鸟类如何保护它们的大脑,那么结果可能会应用于制定针对人类脑震荡和脑损伤的保护策略。
当然,是在遥远的未来。
老话说,一个领域的境界是“入会通精化”,而在了解基因型及其所有修饰如何转化为我们在自然世界中看到的东西这方面,人类还没入门。
作者感谢你的关注(-_-)