Ученые объяснили, почему у птиц весной «включается» репродуктивная система
Исследователи из Оксфордского университета раскрыли, как птицы ощущают удлинение светового дня ранней весной и определяют время для размножения, решив 70-летнюю загадку.
Световые рецепторы, расположенные глубоко в мозге птиц, обнаруживают изменение продолжительности дня и запускают сезонное развитие репродуктивной системы. Если все идет хорошо, птенцы вылупляются через шесть-восемь недель.
Исследование, опубликованное в журнале Current Biology и финансируемое Wellcome Trust и Biotechnology and Biological Sciences Research Council, точно определило идентичность световых рецепторов в мозге кур и японских перепелов в глубокой части мозга, называемой гипоталамусом.
«Когда вы слышите пение птиц весной, именно светочувствительная молекула глубоко в их мозге запустила этот репродуктивный процесс», — говорит профессор Рассел Фостер из Nuffield Laboratory of Ophthalmology Оксфордского университета, руководивший работой. «Синхронизируя размножение со сменой сезонов, птицы могут быть уверены, что для их птенцов будет достаточно пищи».
Например, грачи едят червей и выводят потомство ранней весной, когда почва еще влажная, а черви находятся у поверхности. Зяблики будут выводить птенцов позже в году, чтобы совпасть с периодом, когда есть семена для их кормления.
То, как именно птицы чувствуют приход весны, долгое время оставалось проблемой. В 1930-х годах было показано, что птицы, что удивительно, не используют глаза для измерения увеличения количества солнечных часов. Вместо этого глубокая часть их мозга регистрирует длину дня. Это возможно, потому что черепа и мозговая ткань птиц пропускают много света, так что значительное его количество достигает глубоких отделов мозга.
«Глаза могут очень хорошо реагировать на свет за доли секунды, что важно для зрения. Но обнаружение рассвета и сумерек требует измерения меняющегося уровня освещенности в течение длительных периодов времени — это совсем другое. Именно это и делают световые рецепторы в глубокой части мозга птицы, называемой гипоталамусом», — объясняет профессор Фостер.
С момента первых исследований в 1930-х годах была идентифицирована целая каскадная цепь событий, ведущих к выработке гормонов, стимулирующих репродуктивный ответ у птиц. Но идентичность первоначальных глубокомозговых световых сенсоров оставалась загадкой. Это оставалось одним из исследовательских интересов профессора Фостера на протяжении 25 лет с начала его PhD.
В этой новой работе профессор Фостер и коллеги идентифицировали ген в геноме курицы, кодирующий новую светочувствительную молекулу. Молекула принадлежит к семейству фотопигментов, называемых VA-опсинами, которые впервые были обнаружены у рыб. Эти светочувствительные молекулы не участвуют в зрении, но обнаруживают медленные изменения в световой среде, такие как рассвет и сумерки.
Команда показала в лабораторных тестах, что когда этот куриный ген активен в нервных клетках, клетки генерируют электрические сигналы в ответ на свет. Наконец, они продемонстрировали, что куриный VA-опсин присутствует в гипоталамусе.
«Мы показали, что у кур есть пигмент под названием VA-опсин, что он реагирует на свет и что он находится именно в той части мозга птицы, которая, как мы знаем, реагирует на длину дня», — говорит доктор Стефани Халфорд, первый автор исследования. «Эти доказательства настолько убедительны, насколько это возможно, что мы определили световые рецепторы, которые настраивают реакции птиц на смену сезонов».