翠鸟如何完成惊险俯冲而不伤及大脑

在鸟类中，猛禽以视力好而闻名，企鹅以聚拢技巧而闻名，而一些翠鸟则是熟练的潜水员。这些色彩鲜艳、喙长的鸟类中，有些会头朝下潜入水中，以极快的速度捕鱼，而且不会损伤大脑。根据 10 月 24 日发表在《通讯生物学》杂志上的一项研究，它们如何完成这一壮举完全取决于基因。

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翠鸟的特殊潜水方式称为俯冲潜水。塘鹅和鹈鹕等其他鸟类也会俯冲潜水，但这并不是动物界常见的觅食方式。虽然翠鸟在这种最高时速可达 25 英里的俯冲中通常不会受伤，但这样做并非没有风险。

这项研究的共同作者、菲尔德博物馆鸟类副馆长香农哈克特 (Shannon Hackett) 在一份声明中表示：“翠鸟之所以能以这样的方式头朝下俯冲，一定是它们进化出了其他特征，以避免伤害到大脑。”

翠鸟分为三个科，它们通常有着鲜艳的羽毛和较小的脚。翠鸟种类的饮食也各不相同。并不是所有的翠鸟都吃鱼，许多种类的翠鸟吃蜥蜴、昆虫，甚至其他翠鸟。2017 年的一项研究发现，吃鱼的翠鸟群体在翠鸟家族树中甚至没有密切的关系，哈克特意识到，鱼类饮食和潜水能力很可能都是从共同的祖先进化而来的。

“从科学研究的角度来看，有如此多的转变成为潜水者，正是这一点使得这个群体既迷人又强大，”哈克特说。“如果一种特征在多个不同的时期独立进化，那就意味着你有能力找到一个总体解释来解释为什么会这样。”

在这项研究中，研究小组比较了 30 种不同翠鸟的 DNA，以了解哪些基因可以解释这些鸟类的饮食和它们潜水时不受脑损伤的能力。他们使用了来自各种实地工作的样本。

“当我们的科学家进行野外工作时，他们会从收集的鸟类标本中提取组织样本，如肌肉或肝脏碎片。这些组织样本被储存在菲尔德博物馆，冷冻在液氮中，以保存 DNA，”研究合著者、进化生物学家查德·埃利亚森在一份声明中说。

他们开始对每种翠鸟进行全基因组测序，生成每只鸟的完整遗传密码。然后他们使用软件比较构成这些基因组的数十亿个碱基对，以寻找潜水翠鸟共有的遗传变异。

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他们发现，食鱼鸟类有几种与饮食和大脑结构相关的基因发生了改变。有两个有趣的地方发生了突变。一个突变发生在鸟类的 AGT 基因上，该基因与其他物种的饮食灵活性有关。另一个突变发生在 MAPT 基因上，该基因编码与摄食行为相关的 tau 蛋白。

Tau 蛋白有助于稳定大脑内部的微小结构。然而，过多的 Tau 蛋白积累可能会造成危害。人类的创伤性脑损伤和阿尔茨海默病与 Tau 的积累有关。

“当我担任我儿子曲棍球队的脑震荡经理时，我学到了很多关于 tau 蛋白的知识，”哈克特说。“我开始好奇，翠鸟为什么不会因为脑浆烂掉而死亡？它们一定做了一些事情来保护自己免受反复头朝下落在水面上的负面影响。”

研究小组怀疑这些 tau 蛋白对大脑来说可能是个混合体。维持大脑神经元有序运转的基因与因反复脑震荡或阿尔茨海默病而失效的基因相同。

“我的猜测是，这些蛋白质受到某种强大的选择压力，以某种方式保护鸟类的大脑，”哈克特说。

既然已经确定了相关的基因组变异，这项研究的下一步计划包括研究这些突变的作用以及产生的蛋白质。他们还想知道大脑中所有震荡力的补偿方法，以及如何将其应用于人类大脑。