Новое исследование, проведенное учеными из Пенсильванского университета и Корнельской лаборатории орнитологии, является первым, в котором объединены технологии секвенирования всего генома и отслеживания миграции для определения одного гена, связанного со сложным набором признаков, определяющих миграционное поведение. Эти находки могут иметь важные последствия для сохранения сокращающейся популяции златокрылых певчих птиц. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences и описывает ген, связанный с неврологическим расстройством у людей.
«Великие миграции мира вдохновляли людей на протяжении сотен лет», – сказал Дэвид Тьюс, доцент кафедры биологии Пенсильванского университета и руководитель исследовательской группы. "Миграция птиц особенно увлекательна, потому что мелкие виды в основном перемещаются в одиночку, ночью и на больших высотах, поэтому люди не всегда видят это.
Они у тебя на заднем дворе, а потом их нет."
Программирование миграции у птиц невероятно сложное и включает в себя набор неврологических, физиологических и поведенческих черт. В течение нескольких десятилетий исследователи знали, что в миграции есть генетический компонент. Недавние исследования на птицах выявили большие области генома, охватывающие сотни генов, связанных с миграцией, но было сложнее точно определить конкретные роли любого отдельного гена.
«В этом исследовании мы обнаружили только один ген, связанный с конечным местом зимовки златокрылых и синекрылых певчих птиц», – сказал Тэйвз.
Исследователи изучили модели миграции золотокрылых и синекрылых певчих птиц, генетически похожих видов, которые размножаются на Среднем Западе и северо-востоке США. Некоторые птицы каждого вида мигрируют на места зимовки в Центральной Америке, из Панамы в Гватемалу, в то время как другие отправляются дальше в Южную Америку, в первую очередь в Венесуэлу. Птицы обычно возвращаются в аналогичные места гнездования и зимовки каждый год.
Члены исследовательской группы из Университета Толедо ранее определили конкретные места зимовки этих птиц. На птиц, пойманных на нерестилищах в U.S. Геолокаторы зафиксировали уровень освещенности окружающей среды, который исследователи проанализировали, когда в следующем году птиц поймали в местах их гнездования.
«Эти уровни освещенности позволяют рассчитать приблизительное местоположение птиц на пути их миграции и в местах их зимовки на основе времени восхода и захода солнца и некоторых других факторов», – сказал Генри Стреби из команды Толедо. "Эта информация особенно важна для управления сохранением златокрылых певчих птиц, численность которых в Аппалачских горах быстро сокращается.
Усилия по сохранению были сосредоточены на защите мест размножения, что важно, но сокращение также, по-видимому, в значительной степени связано с изменением среды обитания и разрушением мест зимовки."
«Мировое внимание к пожарам в Амазонке подчеркивает важность этих мест обитания в Южной Америке, и эти перелетные птицы иллюстрируют неразрывную связь между полушариями», – сказал Тэйвс.
Важно отметить, что команда из Толедо взяла генетические образцы у перелетных птиц, что позволило группе исследовать генетические различия между птицами, которые зимуют в Центральной Америке, и теми, что зимуют в Южной Америке. Большинство этих различий произошло в небольшом участке Z-хромосомы птицы, хромосоме, определяющей пол, такой как X- и Y-хромосомы у людей. Только один ген, названный VPS13A, присутствовал в этой области.
Хотя этот ген еще не выполняет каких-либо известных функций у птиц, у людей он связан с нейродегенеративным заболеванием хорея-акантоцитоз, которое влияет на движение.
«По мере того, как мы лучше понимаем роль этого гена у людей, мы также можем получить важное представление о его роли в миграции у птиц», – сказал Тэйвс. «На данный момент это очень умозрительно, но мы думаем, что это может быть связано с очисткой от активных форм кислорода, которые представляют собой свободные радикалы, которые могут накапливаться во время длительной миграции и повреждать клетки. Мы хотели бы провести дополнительные исследования, чтобы узнать, когда и в каких тканях экспрессируется этот ген у этих птиц.
Но поскольку златокрылые певчие птицы сталкиваются с упадком, мы можем сначала исследовать, связан ли этот ген с миграцией у какого-либо из других 50 или около того мигрирующих видов певчих певчих птиц, что может обеспечить более удобный способ изучения гена."
По словам исследователей, этот ген, по-видимому, является мишенью естественного отбора у птиц, зимующих в Южной Америке.
"И это действительно здорово, потому что мы не всегда видим естественный отбор, работающий в соответствии с современными временными рамками, для чего-то вроде миграционных признаков, которые существуют уже давно."