鸟类磁感应机制的进化优化研究取得新进展
候鸟依靠包括磁场在内的多重感知系统实现高精度导航，而磁感应机制背后的分子基础一直是生物学研究的热点。由奥尔登堡大学与威廉港“福格尔瓦特赫尔戈兰”鸟类研究所组成的科研团队，近期通过大规模基因组比对，揭示了鸟类磁感应蛋白Cryptochrome 4（隐花色素4）在进化过程中所经历的显著变化，进一步支持其作为磁传感器的核心作用。
研究团队由科琳娜·朗格布拉克博士与米里亚姆·利德沃格尔教授共同领导，对363种鸟类的隐花色素4基因进行了系统性分析，涵盖鸣禽、鹦鹉、蜂鸟等多个类群。研究结果显示，隐花色素4在不同物种间的基因序列呈现出高度多样性，表明该蛋白在适应特定环境条件方面发挥了关键作用。
相比之下，与隐花色素4功能相关的其他隐色素蛋白在鸟类中表现出极低的进化速率，基因序列在各类群中高度保守。这很可能与其在维持生物钟节律中的核心功能有关。利德沃格尔指出：“隐花色素4的快速进化暗示其在特定物种中承担了额外的感知职责，这一点在其他感官蛋白中也有类似观察。”
研究还发现，在一些热带鸟类类群中，如鹦鹉、蜂鸟及暴君鸟（Suboscines），隐花色素4基因在进化过程中逐渐缺失，这些物种不再具备合成该蛋白的能力。尽管鹦鹉与蜂鸟为定居型鸟类，部分暴君鸟仍具备长距离迁徙的特征。研究人员认为，这一现象提示磁感应可能并非这些物种生存的必要条件。
“这类缺失为验证磁感知机制的多种假说提供了理想模型。”朗格布拉克表示。例如，暴君鸟是否发展出一种不依赖隐花色素4的磁感应系统？或是它们在无磁感知的情况下仍能有效导航？第三种可能性是，其磁感知机制与知更鸟类似，均依赖于光敏过程，且可能受到无线电波干扰。前两种情景将为隐花色素4假说提供更强证据，而第三种则可能对其构成挑战。
在鸣禽目中，隐花色素4表现出显著的适应性进化。研究人员指出，这一进化趋势表明该蛋白可能在鸣禽的磁感应系统中扮演了专门角色。特别是在夜行候鸟中，隐花色素4的敏感性远高于留鸟如鸡和鸽子，暗示其结构与功能经历了优化。
作为后续研究方向，团队计划深入探索暴君鸟类群（Tyranni）的磁定向能力，以验证其是否具备磁感应功能。利德沃格尔认为，这一类群将成为理解隐花色素4功能及其在迁徙行为中作用的理想研究对象。
研究成果已于近期发表于《英国皇家学会B：生物科学会刊》（Proceedings of the Royal Society B）。该研究为揭示鸟类磁感知的分子机制提供了新的进化视角，并为未来在环境感知与导航领域的研究奠定了基础。
更多信息：Corinna Langebrake et al., Adaptive evolution and loss of a putative magnetoreceptor in passerines. Proceedings of the Royal Society B, 2024. DOI: 10.1098/rspb.2023.2308
期刊信息：Proceedings of the Royal Society B，Nature
来源：卡尔·冯·奥西茨基-奥尔登堡大学