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科學(xué)家破解母系遺傳“遺傳結(jié)構(gòu)”:杜鵑雀擬態(tài)卵遺傳學(xué)研究
發(fā)布日期: 2022-04-20 14:53:27 來源: 中國科學(xué)報

當(dāng)許多人準(zhǔn)備拆開他們的復(fù)活節(jié)彩蛋時,科學(xué)家已經(jīng)破解了自然界中最大的刑事案件之一,即一個醞釀了兩百萬年的蛋造假丑聞。他們的調(diào)查結(jié)果表明,這種欺詐行為的受害者現(xiàn)在可能已占據(jù)上風(fēng)。

在世界各地,許多鳥類通過在其他物種的巢中產(chǎn)卵來逃避為人父母的代價。這種被稱為“親子寄生”的生活方式雖然有很多優(yōu)勢,但也帶來一些挑戰(zhàn),比如如何說服其他物種接受外來的卵子。許多育雛寄生蟲通過模仿寄主卵的顏色和圖案來達到這一目的。

那么,一種寄生鳥類如何同時模仿幾種不同鳥類的卵來誘騙它們撫養(yǎng)其后代的?盡管不同宿主飼養(yǎng)的鳥類之間進行了雜交,但這些偽造者又是如何將這種能力傳遞給它們的后代?

這些問題困擾了科學(xué)家們一個多世紀(jì)。現(xiàn)在由劍橋大學(xué)動物學(xué)系和開普敦大學(xué)菲茨帕特里克非洲鳥類研究所的Claire Spottiswoode教授領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊,與波士頓大學(xué)的Michael Sorenson教授合作,通過基因研究解開了這一謎團,相關(guān)成果近日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

科學(xué)家們集中研究了杜鵑雀擬態(tài)卵的遺傳學(xué)。杜鵑雀是一種采用育雛寄生生活方式的物種。研究表明,雌性杜鵑雀通過雌性特有的W染色體(類似于人類雄性特有的Y染色體),從母親那里繼承了模仿宿主卵子外觀的能力。

這種“母性遺傳”讓杜鵑雀避免了從不同宿主的父親那里繼承錯誤擬態(tài)基因的風(fēng)險,也讓不同血統(tǒng)的杜鵑雀雌性進化出幾種不同宿主的特別擬態(tài)卵子。這種模仿欺騙了寄主父母,讓他們把寄生蛋當(dāng)成自己的,而不是將其扔出巢穴

但研究人員認(rèn)為,這種長期建立的母系遺傳“遺傳結(jié)構(gòu)”可能是一把“雙刃劍”。雖然母系遺傳使杜鵑雀能夠利用多個宿主物種,但隨著宿主進化出新的防御能力,這可能會減緩它們進化出反適應(yīng)的能力。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集于贊比亞南部的一個研究地點,這個地區(qū)的杜鵑雀欺騙了4種不同的草鶯,造成了毀滅性的影響:如果寄主父母沒有發(fā)現(xiàn)并移除巢穴中的寄生蛋,年幼的杜鵑雀通常會打敗寄主自己的幼雛,幼雛很快就會餓死。

研究小組從屬于4種草鶯的141個巢中收集了196只杜鵑雀的DNA樣本,并通過對它們基因組中的數(shù)千個短片段進行測序。

在對偽造者的反擊中,草鶯已經(jīng)成為了熟練的質(zhì)量控制者,它們會拒絕與自己顏色和圖案不同的蛋。這4種鶯都進化出了在自己的蛋上留下獨特“特征”的能力,以增強對入侵者的識別。例如,側(cè)面呈茶色的鷦鶯產(chǎn)卵時,會在藍色、白色、紅色或橄欖綠的背景上覆蓋各種圖案。

研究人員認(rèn)為,杜鵑雀現(xiàn)在面臨著一場艱苦的斗爭,因為它們無法重新組合由各自的家族進化而來的不同偽造特征。例如,兩種不同血統(tǒng)的杜鵑雀的母親進化出的蛋要么是藍色的,要么是紅色的,但沒有證據(jù)表明,它們能夠創(chuàng)造出精確的色素混合物,從而產(chǎn)生一些雌性宿主能夠產(chǎn)生的橄欖綠卵。

在之前的一項研究中,Spottiswoode發(fā)現(xiàn),鷦鶯寄主所產(chǎn)的卵越來越多呈橄欖綠,這表明這是加速進化反擊的一部分。不出所料,研究小組發(fā)現(xiàn),這些宿主鳥通過一種不同于杜鵑雀的遺傳過程(雙親遺傳),將它們的反欺詐“蛋簽名”能力遺傳下來。(作者:李木子)

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