進(jìn)化如何優(yōu)化鳥類的磁性傳感器

 人參與 | 時間：2025-12-10 08:36:47
進(jìn)化如何優(yōu)化鳥類的進(jìn)化磁性傳感器
黃腹紋霸鹟（Empidonax flaviventris）是霸鹟家族中的一種小型食蟲動物，不能產(chǎn)生蛋白質(zhì)隱色素4。何優(yōu)化鳥這種鳥在北美繁殖，磁性傳感冬天遷徙到墨西哥南部和中美洲。進(jìn)化鳴謝:uux.cn卡爾·馮·奧西茨基-奧爾登堡大學(xué)
（神秘的何優(yōu)化鳥地球uux.cn）據(jù)奧爾登堡大學(xué)（卡爾·馮·奧西茨基）：候鳥能夠使用包括磁羅盤在內(nèi)的各種機制以驚人的精度導(dǎo)航和定向。奧爾登堡大學(xué)的磁性傳感生物學(xué)家Corinna Langebrake博士和Miriam Liedvogel教授博士以及威廉港的“Vogelwarte Helgoland”鳥類研究所領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊現(xiàn)在對數(shù)百種鳥類的基因組進(jìn)行了比較，并發(fā)現(xiàn)了進(jìn)一步的進(jìn)化證據(jù)，證明鳥類眼睛中的何優(yōu)化鳥一種特定蛋白質(zhì)是這一過程的磁受體。
研究人員發(fā)現(xiàn)，磁性傳感編碼蛋白質(zhì)隱花色素4的進(jìn)化基因發(fā)生了重大的進(jìn)化變化，某些鳥類已經(jīng)完全失去了它。何優(yōu)化鳥
這些發(fā)現(xiàn)表明了對不同環(huán)境條件的磁性傳感適應(yīng)，并支持隱花色素4作為傳感器蛋白發(fā)揮作用的進(jìn)化理論。
這項研究是何優(yōu)化鳥由奧爾登堡大學(xué)和牛津大學(xué)（英國）的研究推動的，該研究表明，磁性傳感磁接收是基于候鳥視網(wǎng)膜中某些細(xì)胞發(fā)生的復(fù)雜量子力學(xué)過程。
在2021年發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，德國-英國團(tuán)隊提出了一些發(fā)現(xiàn)，根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，隱花色素4很可能是他們一直在尋找的磁受體：首先，他們能夠證明這種蛋白質(zhì)存在于鳥類的視網(wǎng)膜中，其次，對細(xì)菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的實驗和模型計算都表明，隱花素4對磁場的反應(yīng)表現(xiàn)出可疑的量子效應(yīng)。
有趣的是，研究還表明，作為候鳥的知更鳥比作為常駐物種的雞和鴿子對磁場更敏感。
“因此，隱色素4在知更鳥中比在雞和鴿子中更敏感的原因必須在蛋白質(zhì)的DNA序列中找到，”Langebrake說，他是主要作者。“這一序列可能是通過這些夜間遷徙鳥類的進(jìn)化過程優(yōu)化的。”
因此，在目前的研究中，Langebrake和Liedvogel領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊首次從進(jìn)化的角度研究了磁接收。研究人員分析了363種鳥類的隱花色素4基因，從斑點獼猴桃到歌麻雀。
首先，他們將該蛋白質(zhì)的進(jìn)化率與兩種相關(guān)的隱花色素的進(jìn)化率進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)用于比較的隱花素的基因序列在所有鳥類中都非常相似：它們在進(jìn)化過程中似乎變化很小。這很可能是由于它們在調(diào)節(jié)內(nèi)部時鐘方面的關(guān)鍵作用——這是一種對所有鳥類都至關(guān)重要的機制，在這種機制中，修改會產(chǎn)生極其負(fù)面的影響。
相比之下，Cryptochrome 4被證明是高度可變的。奧爾登堡大學(xué)鳥類學(xué)教授、鳥類研究所所長Liedvogel解釋道：“這表明這種蛋白質(zhì)對適應(yīng)特定的環(huán)境條件很重要。”。由此產(chǎn)生的專門化可能是磁接收。她解釋道：“在其他感覺蛋白中也觀察到了類似的模式，比如眼睛中的光敏色素。”。
然后，研究人員仔細(xì)觀察了chryptochrome 4的基因序列在鳥類進(jìn)化史上是如何進(jìn)化的。研究結(jié)果使科學(xué)家們得出結(jié)論，特別是在雀形目的情況下，蛋白質(zhì)已經(jīng)通過快速選擇進(jìn)行了優(yōu)化。Langebrake說：“我們的研究結(jié)果表明，進(jìn)化過程可能導(dǎo)致隱花色素4專門作為鳴禽的磁受體。”。
另一個有趣的發(fā)現(xiàn)是，在熱帶鳥類的三個分支中——鸚鵡、蜂鳥和Tyranni（Suboscines），也被稱為暴君——隱花色素4的信息在進(jìn)化過程中丟失了，這意味著這些鳥類無法產(chǎn)生這種蛋白質(zhì)。這表明它對它們的生存沒有起到至關(guān)重要的作用。然而，雖然鸚鵡和蜂鳥是久坐不動的，但一些暴君是長途遷徙者，他們和歐洲的小型鳴禽一樣，白天和晚上都會飛行。
Langebrake說：“與知更鳥不同，它們沒有隱色素4，這一事實使它們成為研究磁感受各種假設(shè)的理想系統(tǒng)。”。
這里有一個有趣的問題：Tyranni是否已經(jīng)發(fā)展出獨立于隱花色素4工作的磁感？或者他們能夠在沒有磁感的情況下定位自己嗎？
另一種可能性是，它們的磁感與知更鳥的磁感具有相同的特征，例如，這種磁感依賴于光，可以被無線電波干擾。這位生物學(xué)家強調(diào)：“前兩種情況將有力地證實隱色素4假說，而第三種情況將給該理論帶來問題。”。
因此，下一步，研究團(tuán)隊計劃調(diào)查Tyranni的磁取向，并澄清它們是否具有磁性。Liedvogel說：“Tyranni分支為我們提供了一個自然的工具，可以理解隱色素4的功能以及磁接收在候鳥中的重要性。”他概述了進(jìn)一步研究的起點。
這項研究發(fā)表在《英國皇家學(xué)會學(xué)報B：生物科學(xué)》上。 頂: 922踩: 9