只需一個原子就可以完全改變鸚鵡的顏色——方法如下

在整個動物王國中，鳥類是所有動物中最豐富多彩的生物之一。但是，所有顏色驚人的不同鳥類是如何出現的呢？

幾乎所有擁有鮮紅色、橙色和黃色羽毛或喙的鳥類都使用一組稱為類胡蘿卜素的色素來產生它們的顏色。然而，這些動物不能直接制造類胡蘿卜素。他們必須通過飲食從他們吃的植物中獲得它們。

鸚鵡是這個規則的例外，它進化出一種全新的方法來制造彩色顏料，稱為鸚鵡油黃霉素。

盡管科學家們已經了解這些不同的色素一段時間，了解鳥類如何利用它們來改變顏色背后的生化和遺傳基礎還不太清楚。但最近關于鸚鵡和雀類的兩項獨立研究為這個謎團提供了重要的見解。

一項研究，發布于當前生物學，由我們中的一位 （Daniel Hooper） 領導，并且另一個由葡萄牙生物學家羅伯托·阿博雷 （Roberto Aboldé） 領導，發表于科學.它們共同促進了我們對鳥類如何產生五顏六色的展示以及這些特征如何進化的理解。

單一酶

這兩項新研究涉及大型國際研究人員團隊。他們利用基因測序的最新進展來檢查基因組的哪些區域（動物的完整 DNA）決定了鸚鵡和雀類的自然黃到紅顏色變化。

值得注意的是，盡管這兩類鳥類使用不同類型的顏料產生五顏六色的展示，但科學家們發現它們以相似的方式進化。

Arbore 的研究著眼于暗色的 Lory(Pseudeos fuscata），一種原產于新幾內亞的鸚鵡，羽毛帶可能為黃色、橙色或紅色。

研究發現，黃色和紅色羽毛顏色之間的變化與一種叫做 ALDH3A2 的酶有關。這種酶將紅鸚鵡色素轉化為黃色色素。

當發育中的羽毛含有大量酶時，它們最終會變成黃色;當它們減少時，它們最終會變成紅色。

科學家們發現ALDH3A2酶還可以解釋許多其他種類的鸚鵡的顏色變化，這些鸚鵡已經獨立進化出從黃色到紅色的顏色變化。

兩個特殊基因

這長尾雀(Poephila acuticauda （尖葉詩人））是一種原產于澳大利亞北部的鳴禽。有兩個雜交亞種，喙色不同。一個是黃嘴，另一個是紅嘴。

鳥類可能從飲食中攝入的大多數類胡蘿卜素色素是黃色或橙色的，因此鳥類的身體在食用后必須以某種方式改變色素的化學成分以產生紅色。

Hooper 的研究檢查了野外長尾雀整個分布中這種性狀的變異，以及被測鳥類基因組的變異。事實證明，這些雀類的喙色主要與兩個基因有關，即 CYP2J19 和 TTC39B。

這兩個基因共同驅動黃色膳食類胡蘿卜素向紅色類胡蘿卜素的轉化。

在長尾雀中，黃色似乎是由于突變造成的，這些突變專門關閉了喙中的這些基因，同時讓它們在身體的其他部位（例如眼睛）保持開啟。

通過將這些顏色基因的 DNA 密碼與其他雀類物種進行比較，研究人員還發現現代長尾雀的祖先有紅色的喙，但突變的黃色喙已經慢慢變得越來越普遍。

就像燈泡調光器

這些研究共同展示了顏色如何在自然種群中進化。

在鸚鵡和雀類中，導致黃色到紅色變化的突變并沒有改變相關酶的功能。相反，它們影響了這些酶活躍的地點和時間。

可以將其視為通過在現有電燈開關上安裝調光器來改變房間的照明，而不是拆除整個燈具。

科學家們還表明，在鸚鵡和雀類的野生種群中，僅幾個基因的突變就可以深刻地改變色素的化學結構——足以區分紅色和黃色。

關鍵基因通過酶的作用改變色素分子的化學結構，這種酶只向色素中添加一個氧原子。這使得它在鸚鵡中從亮紅色變為亮黃色，而在雀類中則相反，從亮黃色變為亮紅色。

大自然的奇跡

自從查爾斯·達爾文 （Charles Darwin） 在概述他的自然選擇進化理論時使用它們以來，鳥類顏色的進化一直是人們關注的焦點。我們周圍看到的密切相關的鳥類之間最明顯的區別是它們的顏色。

這兩項新研究向我們展示了幾個基因和單個氧原子的添加如何改變進化過程，創造出一種看起來如此截然不同的新形式。

如果這在進化意義上改善了動物——也許它們看起來對潛在伴侶更有吸引力或更突出——它可能會導致新物種的起源。

這項工作提醒我們大自然的奇妙之處，并表明進化是一個持續的過程。

為了保護物種，我們需要盡可能多地保護它們的遺傳復雜性。種群中的每個個體都包含一個獨特的基因組，每一個微小的變異都是過去數百萬年進化的產物。它也可能是未來新物種發展的關鍵。

西蒙·格里菲斯， 鳥類行為生態學教授，麥考瑞大學和丹尼爾·胡珀， 博士后， 生物信息學和計算生物學，美國自然歷史博物館

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