Что определяет цвет и узор птичьих перьев?
Исследование французских учёных под руководством Николаса Опе раскрывает механизм формирования полосатых узоров на перьях птиц.
Наблюдение за узором
Учёные изучили 10 видов курообразных (Galliformes) с двумя типами перьев: полностью чёрными (эумеланиновыми) и жёлтыми (с чёрным основанием и кончиком и центральной жёлтой [феомеланиновой] полосой). Был установлен общий последовательный полосатый узор, расходящийся от средней линии спины: центральная чёрная полоса, иногда с несколькими жёлтыми перьями, по бокам от которой расположены жёлтые полосы, каждая из которых граничит с другой чёрной полосой.
Ключевые наблюдения:
- Увеличение размера спины коррелировало с увеличением количества полос.
- Абсолютные расстояния между группами полос показали, что положение полос определяется рано, до расширения кожи.
- Границы цвета "высоковоспроизводимы внутри вида", но варьируются между видами в зависимости от ширины и формы полос.
Механизм формирования цвета
Изучение эмбриогенеза пяти видов показало:
- Производство пигмента начинается за несколько дней до вылупления.
- Первыми окрашиваются центральные чёрные перья эумеланином (пигмент по умолчанию).
- Затем следует "импульс" феомеланина, формирующий жёлтую полосу на боковых перьях.
- Далее снова производится эумеланин для самых дальних боковых перьев.
Эксперименты с окрашиванием развивающихся фолликулов бета-катенином показали, что жёлтые импульсы не связаны с механизмами формирования тракта или роста пера.
Роль гена agouti
Исследователи выдвинули гипотезу, что жёлтые импульсы управляются препаттернами, установленными до дифференциации кожи, и регулируются сигнальным пептидом Agouti.
- Было обнаружено, что полосы, экспрессирующие agouti, присутствуют в дерме до образования фолликулов и предвещают положение жёлтых полос.
- Изучение мутантных линий перепелов (Coturnix japonica) — рецессивных чёрных (RB-/-) и палевых (FA-/-) — показало, что ген agouti напрямую контролирует ширину полосы дозозависимым образом через продолжительность жёлтого импульса.
Вывод учёных: "Это поднимает привлекательную возможность того, что эволюция полосатого рисунка управляется дифференциальной регуляцией уровней экспрессии agouti".
Эксперимент с трансплантацией
Трансплантация сомитов и нервных трубок от C. japonica к P. colchicus привела к созданию химеры. Правая сторона демонстрировала фенотипические характеристики донора C. japonica. Это доказало, что локализованная экспрессия agouti и связанных пигментов автономно управляется сомитической мезодермой.
Двухэтапный механизм
Авторы заключают, что полосатый узор у птиц формируется в два этапа:
- Сомит определяет расположение полос, экспрессирующих agouti, в дерме через установление препаттерна.
- Препаттерн далее детализируется различными уровнями экспрессии agouti, которые определяют ширину каждой полосы.
"Эти результаты поднимают возможность того, что большинство природных узоров, включая периодические рисунки, полагаются (и ограничиваются) ступенчатой организацией пространства, которая сочетает поздние локальные события, создающие периодичность, и ранние позиционные источники, обеспечивающие воспроизводимость, что является ключом к приспособленности и правильной направленности".