加拉帕戈斯鸬鹚如何丧失飞行能力

加拉帕戈斯鸬鹚图片来源:yahoo.com

费尔南德斯岛位于加拉帕戈斯群岛的最西端，是一个原始的地区。它也经常被沸腾的岩浆流淹没。然而，这并没有阻止一只奇怪的鸟定居在费尔南德斯岛:世界上唯一不会飞的鸬鹚。现在，一项新的研究解释了这种长着又短又厚翅膀的海鸟是如何失去飞行能力，无法穿越患有各种罕见骨病的人类共有的几十种异常基因。

对大多数鸟来说，不能飞是一个严重的问题。然而，正如查尔斯·达尔文在他著名的加拉帕戈斯群岛之旅中得出的结论，与世隔绝将使这种看似低劣的物种得以生存和繁衍。对现代科学家来说，最大的问题是像不会飞的鸬鹚这样的动物最初是如何变成这样的。企鹅、鸵鸟、鹬和鸸鹋在5000多万年前进化成不会飞的国家，而加拉帕戈斯鸬鹚在200万年前才与它们会飞的亲戚“背道而驰”。这种更近的分离意味着在高空飞行的鸬鹚和在陆地上行走的笨拙近亲之间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·克鲁格利克在参观了加拉帕戈斯群岛后，开始研究不会飞的鸬鹚是如何进化的。由于克鲁格利克没有发现任何与这种大鸟相关的明确研究，他开始对鸬鹚的DNA进行测序。使用的样本来自密苏里大学生态学家帕特丽夏·帕克的实验室和圣路易斯动物园。帕克和她的团队在加拉帕戈斯群岛呆了几年，睡在户外，用改装的渔船工作，最终从岛上的动物身上收集了20000多份血样。随后，克鲁格利克的团队将加拉帕戈斯鸬鹚的DNA与其他三种相关鸟类的DNA进行了比较，这三种鸟类分别是双冠鸬鹚、新热带鸬鹚和海鸬鹚。

由于许多发育基因扮演着多重角色，克鲁格利克的团队得出结论，在导致致命后果的蛋白质突变中找不到阻止鸬鹚飞行的遗传因子。相反，他们开始在被称为非编码区的基因之间的大量DNA片段中寻找不规则的形式，以便找到同一基因如何被不同地调节的线索。

然而，这种比较没有产生结果。因此，他们再次转向编码区，即产生蛋白质的基因，以寻找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中发现了几十种突变基因。研究证实，这些基因可以导致罕见的骨骼疾病，称为人类睫状体疾病。这种疾病通常以颅骨畸形、四肢短和胸腔小为特征。因为加拉帕戈斯群岛的鸬鹚翅膀短，胸骨异常小，研究人员怀疑这种联系很明显。他们在最近出版的《科学》杂志上报道了这一发现。

人类遭受的纤毛类疾病源于影响纤毛的基因突变。这些纤毛是毛发状的延伸物，用于在控制脊椎动物发育的细胞之间传递化学信息。当这些信号失去平衡时，身体将以一种明显异常的方式生长。Sensenbrenner综合征就是一个例子。这是一种罕见的疾病，据报道只有几十名患者。它的特点是头骨长，四肢和手指短，胸腔狭窄和呼吸系统问题。与森伯兰综合征相关的Ift122基因在加拉帕戈斯鸬鹚身上也发生了类似的突变。另一个负责纤毛产生的Cux1基因似乎在鸬鹚笨拙的翅膀中发挥作用。

接下来，研究人员将Ift122和Cux1放入实验中。他们将突变的Ift122基因插入土壤中的蛔虫，这些蛔虫利用纤毛来探测周围环境。与正常蠕虫相比，由于纤毛的破坏，变异的蠕虫形成一个集群，而不是分散在培养皿环境中。当他们将鸬鹚的Cux1基因插入在培养皿中生长并产生软骨的小鼠细胞时，这些细胞发生了发育异常。

然而，克鲁格利克说，这些基因和不能飞之间的联系仍然是一个假设。“理想的测试是让一只加拉帕戈斯鸬鹚飞起来，或者让另一只鸬鹚不能飞起来。”克鲁格利克说，有一天这可能会通过CRISPR基因编辑等工具实现。“随着技术的不断进步，我们可以测试鸟类的这些基因突变，并观察翅膀的发育。”

“这项研究很重要，也很令人兴奋，因为它提供了一种新的机制来解释不能飞是如何进化的。”蒙大拿大学的生物学家娜塔莉·莱特说，大多数研究人员怀疑，导致鸟类在向成年过渡期间保持其幼年特征的变化导致了飞行能力的丧失。加拉帕戈斯鸬鹚就是一个完美的例子，它笨拙的翅膀让它看起来像一只长满杂草的小鸟。(宗华编译)

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