Почему у некоторых птенцов дарвиновых вьюрков желтые клювы

Каротиноиды — это пигмент, лежащий в основе огромного разнообразия окраски птиц и формирующий красные, желтые и оранжевые цвета. В исследовании, опубликованном в Current Biology, ученые из Университета Уппсалы и Принстонского университета обнаружили генетическую основу желтого клюва у некоторых птенцов дарвиновых вьюрков.

Птицы не способны сами производить каротиноиды и получают их, поедая пищу, содержащую эти пигменты, например, насекомых и растения. Большая часть вариаций в окраске клюва, лап и перьев у разных видов птиц обусловлена именно каротиноидами. Однако генетическая основа этих вариаций изучена плохо, так как сложно определить, какие из миллионов генетических различий между видами контролируют разницу в каротиноидной пигментации. Когда же вариация возникает внутри вида, можно использовать современные генетические инструменты для поиска вариаций в последовательности ДНК, лежащих в основе видимого фенотипа.

Дарвиновы вьюрки на Галапагосских островах предоставляют такую возможность, поскольку цвет клюва у птенцов нескольких видов бывает либо желтым (с каротиноидами), либо розовым (без каротиноидов). Необычная особенность окраски клюва у этих птиц в том, что она видна только до того, как птенцы покидают гнездо. У взрослых особей клювы большинства дарвиновых вьюрков полностью черные из-за отложения меланина.

«Мы секвенировали полный геном сотен птиц с желтыми и розовыми клювами и обнаружили, что единственным последовательным различием между этими группами была замена одного нуклеотида в гене BCO2, кодирующем фермент бета-каротиноксигеназу 2, который расщепляет каротиноиды», — говорит Эрик Энбоди, проводивший этот анализ в качестве постдока в Университете Уппсалы.

«Это очень интересный ген, который расщепляет определенный тип каротиноидов. У вьюрков с обнаруженной нами генетической мутацией этот ген экспрессируется в меньшем количестве, что приводит к отложению желтого каротиноидного пигмента в клюве», — объясняет Энбоди.

«Мы впервые обнаружили важность гена BCO2 для контроля каротиноидной пигментации у позвоночных, показав, что у домашних кур с желтыми ногами этот фермент не экспрессируется в коже из-за регуляторной мутации в BCO2. С тех пор стало очевидно, что BCO2 является главным регулятором каротиноидной пигментации у позвоночных, что и иллюстрирует настоящее исследование», — говорит Лейф Андерссон из Университета Уппсалы и Техасского университета A&M.

Эта мутация присутствует у разных видов дарвиновых вьюрков на Галапагосских островах, что позволило исследователям определить ее происхождение примерно 500 000 лет назад. Это означает, что мутация, контролирующая цвет клюва, возникла раньше, чем многие из ныне существующих видов дарвиновых вьюрков. Исследователи использовали эту мутацию, чтобы отследить вариации цвета клюва у некоторых видов вьюрков в течение сорока лет на небольшом острове в Галапагосском архипелаге, используя образцы, собранные Питером и Розмари Грант из Принстонского университета.

«Мы обнаружили, что цвет клюва у кактусового земляного вьюрка, специализирующегося на кактусах, меняется в зависимости от доступности кактусов на острове», — объясняют Питер и Розмари Грант. — «Поскольку каротиноиды содержатся в пыльце и нектаре цветов кактуса Opuntia, которые потребляют кактусовые вьюрки, это может влиять на распространенность желтого цвета клюва у птенцов. Одно из выявленных преимуществ — более высокий успех вылупления у носителей желтой мутации, что может быть возможным, если вьюрки с желтым клювом откладывают больше каротиноидов в свои яйца. Каротиноиды — основа желтого цвета яичного желтка».

«Каротиноидные пигменты повсеместно встречаются в перьях и коже птиц, составляя основу огромного разнообразия наблюдаемых окрасок. Вариации внутри вида могут дать ключ к пониманию того, как эволюционируют различия между видами. Эти находки у дарвиновых вьюрков предполагают, что селективное преимущество наличия или отсутствия каротиноидной пигментации может быть связано с диетой», — заключает Эрик Энбоди.