区区一个原子 就能改变鸟的颜色
摘要：
鸟类是动物界色彩最鲜艳的生物之一，它们喜欢用各种鲜艳的颜色来装饰自己羽毛，以及自己的喙。关于鸟类如何获得这些颜色，这点与其它生物一样，最常见的方法是色素，鸟类是利用色素的天才，它们... 鸟类是动物界色彩最鲜艳的生物之一，它们喜欢用各种鲜艳的颜色来装饰自己羽毛，以及自己的喙。
关于鸟类如何获得这些颜色，这点与其它生物一样，最常见的方法是色素，鸟类是利用色素的天才，它们要么在食物中提取，要么自己制造。
当然，还有其它的方法，其中包括通过改变自己羽毛结构来制造颜色，这个被称为结构色，鸟类也是这方面的天才。
在色素方面，几乎所有长着鲜红色、橙色和黄色羽毛或喙的鸟类都使用一组被称为类胡萝卜素的色素来产生颜色。
不过，鸟类自身无法直接制造类胡萝卜素，它们必须从它们吃的植物中获取这些色素。
鹦鹉是这一规则的例外，它们进化出了一种全新的方法来制造独特的色素，被称为鹦鹉黄素。
了解这些色素并不是一件困难的事情，科学家们早就已经知道这些不同的色素，但是鸟类如何利用这些色素改变颜色背后的生化和遗传基础尚不清楚。
最近的两项独立研究为了解这一谜团提供了重要见解，其中一项研究发表在《当代生物学》上——由丹尼尔·胡珀领导，另一项研究由葡萄牙生物学家罗伯托·阿博雷领导，发表在《科学》上。
这两项新研究涉及大量国际研究人员，他们利用基因测序的最新进展来检查基因组（动物的完整 DNA 组）的哪些区域决定了鹦鹉和雀类自然的从黄色到红色的颜色变化。
有趣的是，尽管这两组鸟类使用不同类型的色素来呈现多彩的色彩（鹦鹉使用自身的鹦鹉黄素，雀类使用获取的类胡萝卜素），但科学家发现它们的进化方式却相似。
鹦鹉的单一酶
发表在《科学》上的文章，研究对象是琥珀鹦鹉（Pseudeos fuscata），这是一种原产于新几内亚的鹦鹉，它们的羽毛呈黄色、橙色或红色。
研究发现，黄色和红色羽毛颜色的变化与一种名为 ALDH3A2 的酶有关，这种酶将红色的鹦鹉黄素转化为黄色。
方法是：当正在发育的羽毛含有大量这种酶时，它们会变成黄色；当羽毛中的酶较少时，它们则会变成红色。
科学家发现，这个酶也能解释许多其他种类的鹦鹉的颜色变化，这些不同鹦鹉已经独立进化出了从黄色到红色的颜色变化。
雀类的两个特殊基因
发表在《当代生物学》的文章，其研究对象则是长尾草雀（Poephila acuticauda），这是一种原产于澳大利亚北部的鸣禽。
该鸟有两个杂交亚种，其喙色不同，一个亚种是黄喙，另一个则是红喙。
鸟类从食物中摄取的大多数类胡萝卜素色素都是黄色或橙色，因此鸟类的身体在食用这些色素后必须以某种方式改变其化学性质，才能产生红色。
这项研究调查了野生长尾草雀在整个分布范围内这一特征的变异，以及被测鸟类基因组的变异。
结果表明，它们喙的颜色主要与两个基因有关——CYP2J19和TTC39B。
这两个基因共同推动食物中的黄色类胡萝卜素转化为红色类胡萝卜素。
长尾草雀研究的图解摘要，图片来源：Daniel Hooper等人
不过，长尾草雀的黄色似乎是由基因突变引起的，这种基因在喙上关闭，而在身体其他部位，如眼睛则保持这些基因。
通过将这些颜色基因的DNA代码与其他雀类的DNA代码进行比较，研究人员还发现，现代长尾草雀的祖先有红色的喙，但现在突变的黄色喙正逐渐变得更加普遍。
鸟类改变颜色比想象简单
这两项研究共同展示了鸟类颜色背后的生化和遗传基础！
在鹦鹉和雀类中，导致黄色变红的突变并没有改变相关酶的功能，相反，它们影响了这些酶活跃的位置和时间。
这就像在现有的灯开关上安装调光器来改变房间的照明，而不是拆除整个灯具。
科学家还表明，在鹦鹉和雀类的野生种群中，仅仅几个基因的突变就能极大地改变色素的化学结构——足以造成红色和黄色的差异。
另外，关键基因通过酶的作用改变色素分子的化学结构，而酶只需向色素中添加一个氧原子即可。鹦鹉的鹦鹉黄素从鲜红色变为鲜黄色，而雀类的类胡萝卜素则相反，从鲜黄色变为鲜红色。
大自然的奇迹
自达尔文使用鸟类颜色阐述自然选择进化论以来，鸟类颜色的进化就一直是人们关注的焦点。
这两项新研究向我们展示了几个基因和单个氧原子的添加如何改变鸟类颜色，创造出一种看起来完全不同颜色的新形态。
而这种新形态可能会在进化意义上改变动物，因为或许它们会对某些特定潜在伴侣更有吸引力，并完全排除掉另外一些潜在的伴侣，而这极有可能导致一个新物种的起源。
如果您仔细观察周围的鸟类，您就会发现，我们周围看到的近亲鸟类物种之间，最明显的区别就是它们的颜色。
有时候大自然就是如此奇妙，只因一个氧原子的改变就能创造出新物种。
文献：
[1].https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.10.019
[2].https://doi.org/10.1126/science.adp7710
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