鳥類是動物界色彩最鮮艷的生物之一，它們喜歡用各種鮮艷的顏色來裝飾自己羽毛，以及自己的喙。

關(guān)于鳥類如何獲得這些顏色，這點與其它生物一樣，最常見的方法是色素，鳥類是利用色素的天才，它們要么在食物中提取，要么自己制造。

當(dāng)然，還有其它的方法，其中包括通過改變自己羽毛結(jié)構(gòu)來制造顏色，這個被稱為結(jié)構(gòu)色，鳥類也是這方面的天才。

△ 這種極樂鳥的黑色就是一種結(jié)構(gòu)色

在色素方面，幾乎所有長著鮮紅色、橙色和黃色羽毛或喙的鳥類都使用一組被稱為類胡蘿卜素的色素來產(chǎn)生顏色。

不過，鳥類自身無法直接制造類胡蘿卜素，它們必須從它們吃的植物中獲取這些色素。

鸚鵡是這一規(guī)則的例外，它們進(jìn)化出了一種全新的方法來制造獨特的色素，被稱為鸚鵡黃素。

了解這些色素并不是一件困難的事情，科學(xué)家們早就已經(jīng)知道這些不同的色素，但是鳥類如何利用這些色素改變顏色背后的生化和遺傳基礎(chǔ)尚不清楚。

最近的兩項獨立研究為了解這一謎團(tuán)提供了重要見解，其中一項研究發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》上——由丹尼爾·胡珀領(lǐng)導(dǎo)，另一項研究由葡萄牙生物學(xué)家羅伯托·阿博雷領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)表在《科學(xué)》上。

這兩項新研究涉及大量國際研究人員，他們利用基因測序的最新進(jìn)展來檢查基因組（動物的完整 DNA 組）的哪些區(qū)域決定了鸚鵡和雀類自然的從黃色到紅色的顏色變化。

有趣的是，盡管這兩組鳥類使用不同類型的色素來呈現(xiàn)多彩的色彩（鸚鵡使用自身的鸚鵡黃素，雀類使用獲取的類胡蘿卜素），但科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們的進(jìn)化方式卻相似。

鸚鵡的單一酶

發(fā)表在《科學(xué)》上的文章，研究對象是琥珀鸚鵡（Pseudeos fuscata），這是一種原產(chǎn)于新幾內(nèi)亞的鸚鵡，它們的羽毛呈黃色、橙色或紅色。

研究發(fā)現(xiàn)，黃色和紅色羽毛顏色的變化與一種名為 ALDH3A2 的酶有關(guān)，這種酶將紅色的鸚鵡黃素轉(zhuǎn)化為黃色。

方法是：當(dāng)正在發(fā)育的羽毛含有大量這種酶時，它們會變成黃色；當(dāng)羽毛中的酶較少時，它們則會變成紅色。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這個酶也能解釋許多其他種類的鸚鵡的顏色變化，這些不同鸚鵡已經(jīng)獨立進(jìn)化出了從黃色到紅色的顏色變化。

雀類的兩個特殊基因

發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》的文章，其研究對象則是長尾草雀（Poephila acuticauda），這是一種原產(chǎn)于澳大利亞北部的鳴禽。

該鳥有兩個雜交亞種，其喙色不同，一個亞種是黃喙，另一個則是紅喙。

鳥類從食物中攝取的大多數(shù)類胡蘿卜素色素都是黃色或橙色，因此鳥類的身體在食用這些色素后必須以某種方式改變其化學(xué)性質(zhì)，才能產(chǎn)生紅色。

這項研究調(diào)查了野生長尾草雀在整個分布范圍內(nèi)這一特征的變異，以及被測鳥類基因組的變異。

結(jié)果表明，它們喙的顏色主要與兩個基因有關(guān)——CYP2J19和TTC39B。

這兩個基因共同推動食物中的黃色類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為紅色類胡蘿卜素。

長尾草雀研究的圖解摘要，圖片來源：Daniel Hooper等人

不過，長尾草雀的黃色似乎是由基因突變引起的，這種基因在喙上關(guān)閉，而在身體其他部位，如眼睛則保持這些基因。

通過將這些顏色基因的DNA代碼與其他雀類的DNA代碼進(jìn)行比較，研究人員還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代長尾草雀的祖先有紅色的喙，但現(xiàn)在突變的黃色喙正逐漸變得更加普遍。

鳥類改變顏色比想象簡單

這兩項研究共同展示了鳥類顏色背后的生化和遺傳基礎(chǔ)！

在鸚鵡和雀類中，導(dǎo)致黃色變紅的突變并沒有改變相關(guān)酶的功能，相反，它們影響了這些酶活躍的位置和時間。

這就像在現(xiàn)有的燈開關(guān)上安裝調(diào)光器來改變房間的照明，而不是拆除整個燈具。

科學(xué)家還表明，在鸚鵡和雀類的野生種群中，僅僅幾個基因的突變就能極大地改變色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)——足以造成紅色和黃色的差異。

另外，關(guān)鍵基因通過酶的作用改變色素分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，而酶只需向色素中添加一個氧原子即可。鸚鵡的鸚鵡黃素從鮮紅色變?yōu)轷r黃色，而雀類的類胡蘿卜素則相反，從鮮黃色變?yōu)轷r紅色。

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大自然的奇跡

自達(dá)爾文使用鳥類顏色闡述自然選擇進(jìn)化論以來，鳥類顏色的進(jìn)化就一直是人們關(guān)注的焦點。

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鳥類顏色，創(chuàng)造出一種看起來完全不同顏色的新形態(tài)。

而這種新形態(tài)可能會在進(jìn)化意義上改變動物，因為或許它們會對某些特定潛在伴侶更有吸引力，并完全排除掉另外一些潛在的伴侶，而這極有可能導(dǎo)致一個新物種的起源。

如果您仔細(xì)觀察周圍的鳥類，您就會發(fā)現(xiàn)，我們周圍看到的近親鳥類物種之間，最明顯的區(qū)別就是它們的顏色。

有時候大自然就是如此奇妙，只因一個氧原子的改變就能創(chuàng)造出新物種。

文獻(xiàn)：

[1].https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.10.019

[2].https://doi.org/10.1126/science.adp7710