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研究發現蜂鳥的盤旋飛行可能是因為基因丟失而進化而來的

蜂鳥


研究發現蜂鳥的盤旋飛行可能是因為基因丟失而進化而來的


研究發現蜂鳥的盤旋飛行可能是因為基因丟失而進化而來的
據美國物理學家組織網（作者：Stephanie Mayer-Bömoser，Senckenberg研究所和自然歷史博物館）：蜂鳥原產于北美和南美，是世界上最小、最敏捷的鳥類之一 。它們通常只比拇指大一點，是唯一一種不僅可以向前飛 ， 還可以向后或側向飛行的鳥類 。它們特有的懸停飛行使這成為可能 。
然而，懸停對能量的要求非常高 。在《科學》雜志上發表的一項基因組研究中，由德國法蘭克福LOEWE羅意威轉化生物多樣性基因組學中心（LOEWE-TBG）的Michael Hiller教授領導的國際科學家團隊研究了新陳代謝的進化適應，這可能使蜂鳥具有獨特的飛行能力 。
在懸停期間，蜂鳥每秒扇動翅膀多達 80 次，產生特有的嗡嗡聲 。在動物王國中，沒有其他形式的運動消耗更多的能量 。因此 ， 它們的新陳代謝全速運行，比任何其他脊椎動物都更活躍 。為了滿足它們的能量需求，蜂鳥依靠花蜜中的糖 。蜂鳥的新陳代謝也有一些獨特的特征：它們吸收糖分快 ， 具有處理糖分的高活性酶，并且可以像葡萄糖一樣有效地代謝果糖——例如，不像人類 。
來自法蘭克福和德累斯頓的研究人員現在已經發現了這如何有利于允許蜂鳥盤旋的飛行肌肉細胞 。在他們的研究中，他們對長尾隱士（Phaethornis superciliosus）的基因組進行了測序，并將這種和其他蜂鳥基因組與其他45種鳥類的基因組進行了比較，如雞 ， 鴿子或鷹 。
他們發現編碼肌肉酶FBP2（果糖雙磷酸酶2）的基因在所有研究的蜂鳥中都丟失了 。有趣的是，進一步的研究表明 ， 這種基因已經在所有現存蜂鳥的共同祖先中丟失了 ， 在大約4800萬到3000萬年前，盤旋飛行和花蜜喂養進化的時期 。
“我們的實驗表明，肌肉細胞中FBP2基因的靶向失活增強了糖代謝 。此外 ， 在缺乏FBP2的細胞中，產生能量的線粒體的數量和活性增加 。所有這些都已經在蜂鳥的飛行肌肉中觀察到，“第一作者Ekaterina Osipova博士解釋說，她目前是哈佛大學的博士后研究員，曾是德累斯頓馬克斯普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所和法蘭克福LOEWE-TBG的科學家 。
“由于FBP2基因僅在肌肉細胞中表達，我們的結果表明 ， 蜂鳥祖先中該基因的丟失可能是懸停飛行所需的代謝肌肉適應進化的關鍵一步 ， ”研究負責人Michael Hiller補充道，他是LOEWE-TBG和Senckenberg自然研究學會的比較基因組學教授 。
除了FBP2基因的缺失外，其他重要的基因組變化可能發生在蜂鳥身上 。在糖代謝中起重要作用的其他幾個基因在蜂鳥中表現出氨基酸變化，可能是由于定向選擇 ?！斑@些基因的變化與蜂鳥代謝進化適應的相關性需要通過進一步的研究和實驗來澄清，”希勒說 。
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據科技日報柏林1月15日電（采訪人員 李山）：蜂鳥可懸停甚至向后飛行，這種特殊的飛行技能非常耗能 ?？茖W家們發現，新陳代謝的進化適應，例如缺失果糖二磷酸酶-2（FBP2）基因，可增加糖代謝能力，可能是蜂鳥適應懸停所需的肌肉新陳代謝的重要一步 。相關成果近日發表在《科學》雜志上 。
原產于北美和南美的蜂鳥是世界上最小但也是最敏捷的鳥類之一 。它們通常只有拇指大?。詞俏ㄒ灰恢植喚隹上蚯胺尚?，還可向后和側向飛行的鳥類 。然而，它們特有的懸停飛行非常耗能 。
德國LOEWE轉化生物多樣性基因組學中心的邁克爾·希勒教授領導的科研團隊研究了新陳代謝的哪些進化適應可能使蜂鳥具有這種特殊的飛行技能 。
蜂鳥在懸停飛行過程中高速拍動翅膀，每秒最多可達80次 。動物王國中沒有其他運動方式比這個更耗能，因此，蜂鳥的新陳代謝必須全速運行，甚至比任何其它脊椎動物更活躍 。蜂鳥用花蜜中的糖來滿足它們的高能量需求，它們吸收得特別快，與人類不同，它們有高活性的酶，可像葡萄糖一樣有效地代謝果糖 。
希勒研究團隊對長尾隱蜂鳥的基因組進行了測序，并和其它蜂鳥物種的基因組以及其它45種鳥類（包括雞、鴿子和鷹）的基因組進行了比較 。研究發現 ， 在所有接受檢查的蜂鳥中，FBP2都缺失了 。進一步的調查表明，在大約4800萬到3000萬年前 ， 在典型的懸停飛行進化和開始以花蜜為主要食物的時期，FBP2已經在所有蜂鳥的共同祖先中消失了 。
研究人員解釋說，除了FBP2基因的丟失外 ， 蜂鳥可能還發生了其他基因組變化 ， 例如，幾個在糖代謝中起重要作用的基因的選擇過程導致蜂鳥體內氨基酸發生變化 。