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君博动物世界:笨拙的加拉帕戈斯鸬鹚如何失去了它的飞行能力

2017-06-04 10:21:06
        君博国际动物研究资讯      费尔南迪纳是加拉帕戈斯群岛最西的岛屿,那里是一个原始的地方。它也是一个经常被熔岩流淹没的地方。然而,这并没有阻止一只奇怪的鸟叫Fernandina:世界上唯一不可飞行的鸬鹚。现在,新的研究提出了一个解释,海鸟失去了飞越超过十几种遗传异常的能力,它与人类患有各种罕见的骨骼障碍。

        不同于企鹅,鸵鸟,猕猴桃,它们在五千万年前演变成无形的形态,加拉帕戈斯鸬鹚(Phalacrocorax harrisi)与它的亲戚在二百万年前发生分歧。最近的分裂表明,相对较少的遗传变化使高飞鸬鹚与其陆地表兄弟区分开来。加利福尼亚大学洛杉矶分校遗传学家Leonid Kruglyak在探访岛屿后,开始研究无less鸬鹚的进化。由于他可能没有发现关于大型鸟类的结论性研究,他开始使用来自圣路易斯密苏里大学生物学家和圣路易斯动物园的帕特里夏·派克实验室的样本进行序列分析。派克和她的团队在岛上度过了数年,在户外睡觉,从转换的渔船上工作,从加拉帕戈斯动物收集了超过20,000个血液样本。然后,Kruglyak的团队将加拉帕戈斯鸬鹚DNA与其他三只相关的鸟类,双冠鸬鹚,新热鸬鹚和中上层鸬鹚进行了比较。

        由于许多发育基因具有多重作用,Kruglyak的团队认为在蛋白质突变中不会发现无核因子的遗传因素,这可能导致致命的结果。相反,他们开始在称为非编码区域的基因之间搜索大面积DNA中的不规则性,希望找到关于相同基因如何受到不同调节的线索。但是,这种比较没有得到任何结果,所以他们转向编码区域,产生蛋白质的基因来搜索会改变蛋白质正常发挥功能的突变。他们在加拉帕戈斯鸬鹚中发现大约十几个突变的基因,这些鸬鹚被称为引发人类罕见的骨骼疾病,称为皮肤病,通常以畸形颅骨,短肢和小胸腔为特征。由于加拉帕戈斯鸬鹚有短的翅膀和异常小的胸骨,研究人员怀疑这个联系是重要的。

        人类中的病原体来自影响纤毛的基因突变,用于在控制脊椎动物发育的细胞之间传递化学信息的微观毛状延伸。当这些信号消失时,身体可以以明显异常的方式生长。 Sensenbrenner综合征是一个例子,其特征是长头骨,短肢和手指,狭窄的胸部和呼吸问题。与Sensenbrenner相关的一个称为Ift122的基因之一,在加拉帕戈斯鸬鹚中也被突变。 Cux1负责纤毛生产的另一个基因似乎在鸬鹚的矮胖的翅膀中发挥作用。

        接下来,研究人员将Ift122和Cux1进行了测试。他们将突变的Ift122基因插入土壤蛔虫,使用纤毛检测其周围环境。与常规对照相比,变异的蠕虫聚集在一起,而不是分散在他们的培养皿环境中,这是由于纤维功能不正确。当将鸬鹚的Cux1基因插入生长在盘中的软骨产生小鼠细胞时,细胞发育迟缓。但是,这些基因之间的联系和飞行性仍然是一个假设,Kruglyak指出。他说:“理想的实验将使加拉帕戈斯鸬鹚飞翔或其他鸬鹚不飞,”他说,有一天可以用CRISPR基因编辑工具来完成。“随着技术的进步,我们可以想象在鸟类中测试这些基因突变并观察翅膀发育。”

       蒙大纳州米苏拉大学的一位生物学家Natalie Wright说:“这项研究对于增加一个无机空气可能演变的机制来说是非常重要且令人兴奋的。但研究人员警告说,这不是故事的结尾。研究哈佛大学不可飞行鸟类基因组学的Tim Sackton说:“这项研究最大的注意事项是,作者只对非编码区域的变化做了相对基本的筛选。单独的单一突变导致鸬鹚失去飞行能力。因此即使研究蛋白质编码基因突变的影响更为直接,萨克顿认为,在非编码区域中,可能会有更多未被发现的突变影响非编码区域的无机化。”

        加拉帕戈斯鸬鹚由于不能飞行而失去了很多东西?派克认为不是。“事实上,加拉帕戈斯鸬鹚在捕鱼时可能有点糟糕,因为他们不必加快飞行的能量,”她说。可以说,他们可能只是在大部分没有食肉动物和无病原体的岛屿居住地上释放。 “这可能是为什么这些奇怪的笨重的动物能够绊倒,做得很好的一个原因,”派克说。