麻雀虽小 “四性”俱全

2017-01-11 09:30 来源:《中国科学报》  我有话说
2017-01-11 09:30:37来源:《中国科学报》作者:责任编辑:宋雅娟

  科学家毕生奉献鸟类染色体研究

  这些鸟类还有更多的信息,我想Elaina希望我们努力揭开它们的秘密。

  白喉带鹀 图片来源:Michael Stubblefield

  在过去25年间,每到夏季,生物学家Rusty Gonser都会与妻子Elaina Tuttle到阿第伦达克山脉克兰伯里湖的野外台站。

  现在,当把船系在摇摇晃晃的木码头后,Gonser听到了熟悉的鸟鸣声。这是白喉带鹀在唱求偶歌。但Gonser却再也听不到妻子的笑声了,这是数十年来,他第一次独自来到克兰伯里湖。就在几周前,Tuttle因乳腺癌去世了。

  而他们将几乎整个职业生涯都奉献给了白喉带鹀生物学研究。就在52岁的Tuttle死前6个月,这对夫妻和他们的团队发表了一篇论文,而这也是其研究的顶峰。它解释了偶然的基因突变如何将一个物种置于不寻常的进化路径上。

  突变使2号染色体的大部分发生倒置,使其不能与等位染色体配对并交换遗传信息。倒置后1100多个基因作为一个巨大“超基因”被遗传下去,并最终导致两个不同的“变体”,即不同的鸟类亚型,它们的颜色和行为均不同,而这些都与倒置的演变有关。

  而Tuttle和Gonser的成绩在于揭示这个过程与人类X和Y染色体等某些性染色体的早期进化几乎相同。研究人员意识到,除了两条已有的性染色体外,鸟类还进化出了另外两条类似性染色体的染色体。

  美国东卡罗来纳大学进化生物学家Christopher Balakrishnan说,“这种鸟表现得好像有4种性别。一只鸟只能与1/4的种群交配。而有两个以上性别的性系统非常罕见。”他和Gonser、Tuttle一起工作。

  这项工作也有助于解释一个长期存在的生物学难题。它展示了两条相同的染色体如何演变成不同的亚型,而这可以定义一个物种的性别,以及它们不同的行为。“这些鸟组成了一个令人惊讶的系统,能够窥探其性染色体进化具有巨大意义。”瑞士伯尔尼大学进化生态学家Catherine Peichel说。

  更不寻常的是,Gonser和Tuttle的项目积累了近三十年的数据。“这在生物学界几乎‘前无古人’。”亚利桑那州立大学计算生物学家Melissa Wilson Sayres说。

  痛失爱妻后,Gonser仍决定继续该项目。去年夏天,他回到田间工作站,并利用这种庭园鸟类了解性染色体如何演变。

  灵感迸发

  1991年,Tuttle和Gonser在纽约州立大学初次见面,彼时他们都是生态学博士生。Gonser在纽约五指湖研究波多黎各蛙,而Tuttle也在这里研究鱼类生态。也是在这里,她对白喉带鹀产生了深深的好奇。

  这种鸟在北美东部比较常见。乍一看,它相当平淡,所有的鸟都有棕褐色和灰色的羽毛,除了下巴的白色斑块以及眼睛和喙之间明亮的黄斑。但仔细观察后,他们发现有两种不同的类型:一些头上有白色条纹、一些则是褐色条纹。而且,鸟类学家和自然主义者早已知道,这两个变体的行为方式不同。

  棕褐色条纹的鸟似乎不爱唱歌,一夫一妻,且努力保护幼鸟不受捕食者攻击。而白条纹的鸟似乎更有攻击性、对后代关心不多。而且,Gonser提到,白纹鸟只与棕褐纹鸟交配。这是一种相对不寻常的现象,被称