Генетический и химический анализы раскрывают секрет яркого оперения попугаев
Попугаи — одни из самых красочных животных на Земле, но объяснение некоторых из их самых ярких оттенков ускользало от ученых на протяжении десятилетий. Теперь исследовательская группа раскрыла уникальный биологический механизм, стоящий за яркими красными, желтыми и зелеными цветами этих птиц. Подробный анализ развивающихся перьев птиц показывает, что ключ — это простая химическая модификация — та, которая может оказаться важной в других областях окраски животного мира — специфической для попугаев молекулы пигмента. Новое исследование было опубликовано в журнале Science.
«Это знаменательная статья. Мы наслаждаемся мириадами цветов у птиц, который не принимал участия в работе, «но мало знаем о том, как возникает это разнообразие», - говорит эволюционный биолог Хуан Негро.
Некоторые цвета птиц, например, голубой, возникают из-за взаимодействия света с наночастицами поверхности пера, но большинство других возникают из-за пигментов, таких как известные каротиноиды. Однако лишь немногие птицы вырабатывают собственные цветовые пигменты, получая их из того, что едят. Например, фламинго получают свой характерный розовый оттенок, питаясь креветками.
Попугаи — это другая история. На раннем этапе эволюции они развили способ использовать фермент в своих развивающихся перьях для производства пигментов, называемых пситтакофульвинами, которые птицы каким-то образом модифицируют для получения красных и желтых цветов. (Зеленые цвета появляются, когда перья с желтыми пигментами соединяются с наноструктурой, производящей синий цвет.)
«Это исключительный случай эволюционной инновации», — говорит автор исследования Роберто Арборе из Университета Порту и. Способность создавать и изменять свое оперение, говорит он, дала попугаям больше контроля над сигналами, используемыми для привлечения партнеров и общения со своими сородичами.
Но как именно работают пситтакофульвины, остается неясным. Почему, например, у некоторых перья становятся красными, а у других — желтыми?
Переломный момент наступил, когда Индржих Брейха, эволюционный биолог из Карлова университета, и его коллеги начали внимательно изучать химический состав пситтакофульвинов. (Название происходит от латинских слов «попугаи» и «желтый».) Ученые уже знали, что эти пигменты состоят из цепочек атомов углерода различной длины. Как обнаружила команда, то, как эта цепочка заканчивалась, определяло, какой цвет производили пситтакофульвины. Например, перья становились красными, когда цепочка заканчивалась альдегидом, химической группой, которая содержит атом кислорода и водорода, присоединенный к атому углерода. Однако, если карбоксильная группа заменяла альдегид, перья становились желтыми. Это на удивление простая химическая хитрость, говорит Арборе.
Изучая желтые и красные формы попугая, известного как темный лори, исследовательская группа также определила ген, отвечающий за окраску этой птицы и ее родственников-попугаев. Он кодирует фермент, который делает красный пигмент по умолчанию желтым, преобразуя альдегид в карбоксил. Чем больше фермента вырабатывает ген, тем желтее перо.
Исследование показывает, что «природа часто использует элегантно простые реакции для достижения значительных изменений». Красный и желтый у других птиц также могут быть основаны на относительно простых генетических механизмах, даже если у них отсутствуют эти пигменты попугаев.
Эта простота также может быть причиной того, что на попугайном древе жизни новые эволюционирующие виды часто переключаются между желтым/зеленым и красным цветами. Это «высокоэффективный и универсальный способ получения цвета».
Однако это еще не конец истории, говорит Ричард Прам, эксперт по окраске птиц из Йельского университета. Пигменты попугаев вырабатываются в клетках, участвующих в формировании перьев, но какие именно клетки и на какой стадии развития устанавливают цвета, пока неизвестно, отмечает он. Также пока не ясно, почему эти оттенки вообще появились. «Это довольно сложно».
Обсудим?
Смотрите также:
