加拉帕戈斯鸬鹚如何丧失飞行能力
时间:2017-12-07

  加拉帕戈斯鸬鹚如何失去飞翔的能力 - 新闻 - 科学网

  位于加拉帕戈斯群岛最西端的费南迪纳海滩是一个原始的地区。熔岩沸腾的水流也常常被它们所淹没。然而,这并没有阻止一个怪鸟在费南迪纳岛定居:世界上唯一不能飞的鸬鹚。现在,一项新的研究解释了几十个人类拥有类似罕见的短骨疾病的异常基因已经失去,解释了这只短翅,厚翅海鸟如何失去飞行能力。

  对于大多数鸟类来说,不飞行是一个严重的问题。然而,正如查尔斯·达尔文(Charles Darwin)在他着名的加拉帕戈斯群岛(Galapagos Islands)中推断的那样,隔离可以使这种看似较差的物种生存下来。对于现代科学家来说,最大的问题是最初没有飞行的鸬鹚这样的动物是如何变成这样的。加拉帕戈斯鸬鹚不像企鹅,鸵鸟,舵和郊狼在5000多万年前演变成非飞行状态,与仅200万年前的翱翔亲戚背道而驰。这种更近期的分离意味着,将在高海拔地区飞行的鸬鹚与在陆地上行走的笨拙近亲进行区分的基因变异相对较少。

  洛杉矶加利福尼亚大学的遗传学家列昂尼德·克鲁格利亚克(Leonid Kruglyak)负责照顾加拉帕戈斯群岛,研究非飞行鸬鹚是如何进化的。由于Kruglyak没有找到这个庞大的鸟类大小的确凿证据,他开始对鸬鹚的DNA进行测序,样品来自密苏里大学生态学家Patricia Parker实验室和圣路易斯动物园。派克和她的团队在加拉帕戈斯群岛度过了好几年的时间,在外面睡觉,修改了渔船,最终从岛上的动物身上采集了2万多个血液样本。随后,Kruglyak小组将加拉帕戈斯群岛鸬鹚的DNA与其他三种鸟类的鸬鹚,新皮层和海鸬鹚的DNA进行比较。

  由于许多发育基因具有多种作用,Kruglyak研究小组得出的结论是导致鸬鹚飞行的遗传因素不太可能在具有致命后果的蛋白质突变中发现。相反,他们开始寻找非编码区基因之间大量DNA片段的不规则性,以便找到相同基因可能被不同调控的线索。

  但是,这个比较没有产生任何结果。结果,他们重定向到编码区中的蛋白质编码基因以发现可能改变蛋白质正常功能的突变。他们在加拉帕戈斯群岛的鸬鹚身上发现了数十个突变基因。研究证实,这些基因引发人类称为纤毛的罕见骨骼疾病。本病通常以颅骨畸形为特征,四肢太短,胸廓较小。研究人员怀疑这种关联是显而易见的,因为加拉帕戈斯鸬鹚翅膀短,胸骨小到异常。他们在最近的一期“科学”杂志上报道了这一发现。

  人类的纤毛是由影响纤毛的基因突变引起的。这种纤毛是用来在控制脊椎动物发育的细胞之间传递化学信息的毛发状的延伸。当这些信号失衡时,身体会以一种明显的异常方式生长。 Sensenbrenner综合征就是一个例子。据报道,这是一种罕见的疾病,有数十名患者,其特征是颅骨长,四肢和手指短,胸廓狭窄和呼吸困难。与Sensenbrenner综合征有关的Ift122基因在加拉帕戈斯群岛的鸬鹚中具有相似的突变。另一个负责纤毛产生的Cux1基因似乎在鸬鹚笨拙的翅膀中起作用。

  接下来,研究人员对Ift122和Cux1进行了试用。他们将突变的Ift122基因插入土壤蛔虫,使用纤毛来检测环境。与正常人相比,变异的蠕虫聚集在一起,而不是由于纤毛功能障碍而分散在培养皿中。这些细胞当将来自鸬鹚的Cux1基因插入在培养皿中生长并产生软骨的小鼠细胞中时发育不全。

  然而,Kruglyak说这些基因与非飞行的关联仍然是一个假设。理想的测试是加拉帕戈斯鸬鹚飞或有另一个鸬鹚飞。 Kruglyak说有一天可能通过与CRISPR基因相同的工具来实现它。随着技术的不断提高,我们可以在鸟类中检测这些基因突变,观察翅膀的发育。

  这项研究是非常重要和令人兴奋的,因为它为非飞行如何进化提供了新的机制。蒙大拿大学的生物学家纳塔莉·赖特(Natalie Wright)说,大多数研究人员都怀疑,由于幼鸟的特征发生变化而导致飞行能力丧失。加拉帕戈斯鸬鹚令人敬畏的翅膀使它成为一个杂草丛生的小鸟。 (宗华编)

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