鸟儿为何如此红?

作者: FranklinWhite

来源: 果壳

发布日期: 2016-05-23

科学家通过研究揭示了鸟类红色羽毛的形成机制,发现CYP2J19代谢酶在红色羽毛形成中起关键作用,这一发现有助于理解鸟类对红色的偏好及其在社交和伴侣选择中的作用。

在很多小鸟眼中,鲜艳的红色是魅力的代名词,它在鸟类社交和伴侣选择过程中起到了关键的作用。在挑选另一半时,很多雌性鸟类都会偏好那些羽毛或鸟喙颜色更鲜红的雄性。也就是说,在鸟儿们眼中愤怒的小红鸟其实是个大帅哥?鸟儿是如何披上红装的呢?在此之前,科学家们已经知道,鸟类羽毛、皮肤中的红色和黄色都来自从食物中摄取的类胡萝卜素。不过要想形成红色,还需要在鸟类体内经过某种酶的代谢才行。

色素的分子结构与颜色密切相关,酶把黄色调的类胡萝卜素氧化,就形成了红色的酮基类胡萝卜素。通过代谢,黄色的类胡萝卜素转化为红色调的酮基类胡萝卜素。三文鱼里的虾青素也属于酮基类胡萝卜素。不过在此之前,这个过程究竟是由什么基因控制、由什么酶来执行还都是未知数。而现在,发表在《当代生物学》期刊上的两项新研究揭开了鸟儿红色羽毛背后的秘密。两组研究者分别独立发现了让小鸟变红的关键代谢酶,和它背后的基因。

火烈鸟的红色来自鱼虾。如果吃不好,就会呈现一副打印机没墨的状态……供不起鱼虾的动物园往往会补充胡萝卜素来“装点门面”,也是有用的。在两篇论文中,研究者们都将红色与黄色的鸟类个体进行了对比。其中一个研究团队关注的是红色与黄色的金丝雀。20世纪20年代,金丝雀爱好者将黄色金丝雀与黑头红金翅杂交,该杂交后代与黄色金丝雀回交,由此得到了红色的金丝雀品种。

研究者们将它们分别进行全基因组测序,并进行对比,结果锁定了两个与红色羽毛有关的基因区域:其中一个含有CYP2J19这种代谢酶的相关基因,而另一个则含有与表皮分化有关的控制基因。CYP2J19属于细胞色素P450代谢酶家族,这个家族的酶多分布于肝脏,它们参与了包括药物、毒物在内很多物质的代谢过程。另外一项研究也证实CYP2J19代谢酶是鸟儿变红过程中关键的一环。

这个研究团队对不同品种的斑胸草雀进行了研究:那些野生型的个体有着红红的喙和脚爪,而一个家养品种却是黄色的嘴。分析结果显示,它们的差异也出在CYP2J19的表达上。由于第8号染色体上CYP酶基因簇的突变,黄嘴的个体在鸟喙组织中无法表达CYP2J19酶。由此看来,CYP2J19酶确实是让鸟儿变红的关键所在。除了皮肤和羽毛,视网膜也是酮基类胡萝卜素沉积的主要部位。

大多数鸟类的视网膜视锥细胞其实都可以生成酮基类胡萝卜素,然而并不是所有鸟类有红色的羽毛或者皮肤。科学家推测,这些鸟类其实都有潜在的产生红色羽毛的能力,然而由于CYP2J19酶在不同组织中的表达调节差异,最终导致了体色的多样性。一直以来,科学家们都认为鸟儿身上鲜艳的红色是传递给同伴的一种“信息”,它诚实地透露着鸟儿的身体状况:颜色艳丽,也就意味着身体健康、营养有保障。

而现在,给小鸟披上红衣的关键代谢酶被发现,围绕这种酶展开研究,也能帮助人们更好地理解小鸟们为何对红色如此青睐。

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