Гены, помогающие зимородкам нырять без повреждения мозга
Многие виды зимородков ныряют в воду головой вперед, чтобы поймать рыбу. В новом исследовании, опубликованном в журнале Communications Biology, ученые сравнили ДНК 30 различных видов зимородков, чтобы определить гены, которые могут объяснить способность птиц нырять без повреждения мозга.
Такое ныряние — «пикирующее» — является аэродинамическим подвигом. «Это высокоскоростной прыжок из воздуха в воду, и так делают очень немногие виды птиц», — говорит Чад Элиасон, научный сотрудник Филдовского музея в Чикаго и первый автор исследования. Но такое поведение потенциально рискованно.
«Чтобы зимородки могли нырять головой вперед, у них должны были развиться другие черты, защищающие их мозг от повреждений», — говорит Шэннон Хакетт, куратор отдела птиц Филдовского музея и старший автор исследования.
Не все зимородки питаются рыбой — многие виды этих птиц едят наземную добычу, например, насекомых, ящериц и даже других зимородков. Ранее соавторы исследования Дженна МакКаллох и Майкл Андерсен из Университета Нью-Мексико показали с помощью ДНК, что группы рыбоядных зимородков не являются ближайшими родственниками друг другу в рамках их семейства. Это означает, что зимородки развили свой рыбный рацион — и способность нырять для его добычи — независимо несколько раз, а не унаследовали от одного общего предка.
«С научной точки зрения, именно множество независимых переходов к нырянию делает эту группу одновременно увлекательной и мощной для исследований», — говорит Хакетт.
В этом исследовании ученые изучили ДНК 30 видов зимородков, как рыбоядных, так и нет. Для этого они использовали образцы тканей из коллекций Филдовского музея. В лаборатории Pritzker DNA Laboratory исследователи секвенировали полные геномы каждого вида, а затем с помощью программного обеспечения сравнили миллиарды пар оснований, чтобы найти генетические вариации, общие для ныряющих зимородков.
Ученые обнаружили, что у рыбоядных птиц есть несколько измененных генов, связанных с рационом и структурой мозга. В частности, они нашли мутации в гене AGT, который ассоциируется с гибкостью питания у других видов, и в гене MAPT, который кодирует тау-белки, связанные с пищевым поведением.
Тау-белки помогают стабилизировать крошечные структуры внутри мозга, но накопление слишком большого их количества может быть вредным. У людей черепно-мозговые травмы и болезнь Альцгеймера связаны с накоплением тау-белка.
«Я подумала: почему у зимородков мозг не превращается в кашу? Должно быть, они что-то делают, чтобы защититься от негативных последствий многократных ударов головой о поверхность воды», — говорит Хакетт.
Хакетт предполагает, что тау-белки могут быть чем-то вроде палки о двух концах. «Те же самые гены, которые поддерживают порядок в нейронах вашего мозга, дают сбой при повторяющихся сотрясениях у футболистов или при болезни Альцгеймера. Я полагаю, что на эти белки действует сильное давление естественного отбора, чтобы каким-то образом защитить мозг птиц».
«Теперь мы знаем, какие именно гены меняются, создавая различия, которые мы видим в семействе зимородков, — говорит Элиасон. — Но теперь, когда мы знаем, на какие гены смотреть, появилось еще больше загадок. Так работает наука».
Хакетт отмечает, что это исследование также подчеркивает ценность музейных коллекций. «Одному из образцов, из которого мы получили ДНК для этого исследования, тридцать лет. В то время, когда он был собран, мы не могли проводить и близко те анализы, что сегодня. Способность отдельных образцов рассказывать новые истории с течением времени — вот почему я люблю музейные коллекции».