只需一个原子就可以完全改变鹦鹉的颜色——方法如下

在整个动物王国中，鸟类是所有动物中最丰富多彩的生物之一。但是，所有颜色惊人的不同鸟类是如何出现的呢？

几乎所有拥有鲜红色、橙色和黄色羽毛或喙的鸟类都使用一组称为类胡萝卜素的色素来产生它们的颜色。然而，这些动物不能直接制造类胡萝卜素。他们必须通过饮食从他们吃的植物中获得它们。

鹦鹉是这个规则的例外，它进化出一种全新的方法来制造彩色颜料，称为鹦鹉油黄霉素。

尽管科学家们已经了解这些不同的色素一段时间，了解鸟类如何利用它们来改变颜色背后的生化和遗传基础还不太清楚。但最近关于鹦鹉和雀类的两项独立研究为这个谜团提供了重要的见解。

一项研究，发布于当前生物学，由我们中的一位 （Daniel Hooper） 领导，并且另一个由葡萄牙生物学家罗伯托·阿博雷 （Roberto Aboldé） 领导，发表于科学.它们共同促进了我们对鸟类如何产生五颜六色的展示以及这些特征如何进化的理解。

单一酶

这两项新研究涉及大型国际研究人员团队。他们利用基因测序的最新进展来检查基因组的哪些区域（动物的完整 DNA）决定了鹦鹉和雀类的自然黄到红颜色变化。

值得注意的是，尽管这两类鸟类使用不同类型的颜料产生五颜六色的展示，但科学家们发现它们以相似的方式进化。

Arbore 的研究着眼于暗色的 Lory(Pseudeos fuscata），一种原产于新几内亚的鹦鹉，羽毛带可能为黄色、橙色或红色。

研究发现，黄色和红色羽毛颜色之间的变化与一种叫做 ALDH3A2 的酶有关。这种酶将红鹦鹉色素转化为黄色色素。

当发育中的羽毛含有大量酶时，它们最终会变成黄色;当它们减少时，它们最终会变成红色。

科学家们发现ALDH3A2酶还可以解释许多其他种类的鹦鹉的颜色变化，这些鹦鹉已经独立进化出从黄色到红色的颜色变化。

两个特殊基因

这长尾雀(Poephila acuticauda （尖叶诗人））是一种原产于澳大利亚北部的鸣禽。有两个杂交亚种，喙色不同。一个是黄嘴，另一个是红嘴。

鸟类可能从饮食中摄入的大多数类胡萝卜素色素是黄色或橙色的，因此鸟类的身体在食用后必须以某种方式改变色素的化学成分以产生红色。

Hooper 的研究检查了野外长尾雀整个分布中这种性状的变异，以及被测鸟类基因组的变异。事实证明，这些雀类的喙色主要与两个基因有关，即 CYP2J19 和 TTC39B。

这两个基因共同驱动黄色膳食类胡萝卜素向红色类胡萝卜素的转化。

在长尾雀中，黄色似乎是由于突变造成的，这些突变专门关闭了喙中的这些基因，同时让它们在身体的其他部位（例如眼睛）保持开启。

通过将这些颜色基因的 DNA 密码与其他雀类物种进行比较，研究人员还发现现代长尾雀的祖先有红色的喙，但突变的黄色喙已经慢慢变得越来越普遍。

就像灯泡调光器

这些研究共同展示了颜色如何在自然种群中进化。

在鹦鹉和雀类中，导致黄色到红色变化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地点和时间。

可以将其视为通过在现有电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。

科学家们还表明，在鹦鹉和雀类的野生种群中，仅几个基因的突变就可以深刻地改变色素的化学结构——足以区分红色和黄色。

关键基因通过酶的作用改变色素分子的化学结构，这种酶只向色素中添加一个氧原子。这使得它在鹦鹉中从亮红色变为亮黄色，而在雀类中则相反，从亮黄色变为亮红色。

大自然的奇迹

自从查尔斯·达尔文 （Charles Darwin） 在概述他的自然选择进化理论时使用它们以来，鸟类颜色的进化一直是人们关注的焦点。我们周围看到的密切相关的鸟类之间最明显的区别是它们的颜色。

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进化过程，创造出一种看起来如此截然不同的新形式。

如果这在进化意义上改善了动物——也许它们看起来对潜在伴侣更有吸引力或更突出——它可能会导致新物种的起源。

这项工作提醒我们大自然的奇妙之处，并表明进化是一个持续的过程。

为了保护物种，我们需要尽可能多地保护它们的遗传复杂性。种群中的每个个体都包含一个独特的基因组，每一个微小的变异都是过去数百万年进化的产物。它也可能是未来新物种发展的关键。

西蒙·格里菲斯， 鸟类行为生态学教授，麦考瑞大学和丹尼尔·胡珀， 博士后， 生物信息学和计算生物学，美国自然历史博物馆

本文转载自对话根据 Creative Commons 许可。阅读原创文章.

宝宝起名