Kako samo jedan atom može promeniti boju perja papagaja

Papagaji su razvili potpuno novi način pravljenja šarenih pigmenata, koji se nazivaju fitakolfulvins. Iako su naučnici već neko vreme znali za ove različite pigmente, razumevanje biohemijske i genetske osnove iza toga kako ih ptice koriste da variraju u boji je manje jasno.

Dve nedavne odvojene studije o papagajima i zebama pružile su važan uvid u ovu misteriju.

Jednu studiju, objavljenu u časopisu Current Biology, vodio je Danijel Huper, postdoktorant na Odeljenju za biologiju iz američkog Prirodnjačkog muzeja, a drugu je vodio portugalski biolog Roberto Abore, i ona je objavljena u časopisu Science.

Tek jedan enzim

Dve studije uključivale su velike timove međunarodnih istraživača. Oni su koristili nedavna dostignuća u genetskom sekvenciranju kako bi ispitali koji regioni genoma (kompletan skup DNK životinje) određuju lepezu boja, od žute do crvene, kod papagaja i zeba.

Naučnici su otkrili da su ove dve vrste ptica evoluirale na sličan način.

Aboreova studija je posmatrala lorija (pseudos fuscata), papagaja poreklom iz Nove Gvineje sa nizovima perja koje mogu biti obojene u žutu, narandžastu ili crvenu boju.

Istraživanje je otkrilo da su promene između žute i crvene boje perja povezane sa enzimom zvanim ALDX3A2. Ovaj enzim pretvara pigmente crvenog papagaja u žute.

Kada perje u razvoju sadrži velike količine enzima, ono postaje žuto; kada imaju manje, postaje crveno.

Naučnici su otkrili da taj jedan enzim takođe objašnjava varijaciju boje kod mnogih drugih vrsta papagaja koji su nezavisno evoluirali.

Dva posebna gena

Dugorepa zeba (poephila acuticauda) je vrsta ptica pevačica poreklom iz severne Australije. Postoje dve hibridne podvrste sa različitim obojenim kljunovima. Jedna ima žuti, a druga crveni kljun.

Većina karotenoidnih pigmenata koje ptice mogu da konzumiraju iz svoje hrane su žute ili narandžaste, tako da tela ptica moraju nekako da promene hemiju pigmenata nakon što ih pojedu da bi proizvela crvene boje.

Huperova studija je ispitivala varijacije ove osobine u celoj distribuciji dugorepe zebe u divljini i varijacije u genomima ptica. Ispostavilo se da je boja kljuna kod ovih zeba uglavnom povezana sa dva gena, CYP2J19  i TTC39B.

Zajedno, ova dva gena pokreću pretvaranje žutih karotenoida iz hrane u crvene.

Čini se da je kod dugorepe zebe žuta obojenost rezultat mutacija koje isključuju ove gene u kljunu, a zadržavaju ih u drugim delovima tela, kao što su oči.

Upoređujući DNK kod ovih gena za boju sa drugim vrstama zeba, istraživači su takođe otkrili da su preci moderne dugorepe zebe imali crvene kljunove, ali mutantni žuti kljunovi su polako postajali sve češći.

Ove studije zajedno pokazuju kako se boje mogu razvijati u različitim populacijama u prirodi.

I kod papagaja i kod zeba, mutacije odgovorne za varijaciju žute u crvenu boju nisu promenile funkciju uključenih enzima.

Naučnici taj proces upoređuju sa promenama osvetljenja u prostoriji kada se instalira dimer na postojeći prekidač za svetlo, umesto da se ukloni cela rasveta.

Naučnici su takođe pokazali da u divljim populacijama i papagaja i zeba, mutacije na samo nekoliko gena mogu duboko promeniti hemijsku strukturu pigmenata, što je dovoljno da napravi razliku između crvene i žute.

Ključni geni menjaju hemijsku strukturu molekula pigmenta delovanjem enzima koji pigmentu dodaje samo jedan atom kiseonika. Ovo uzrokuje promene boje od jarkocrvene do svetložute kod papagaja, a suprotno kod zeba, od jarko žute do svetlo crvene, objasnili su biolozi.

Čudo prirode

Evolucija boje kod ptica bila je u fokusu pažnje otkako ih je Čarls Darvin koristio u izlaganju svoje teorije evolucije prirodnom selekcijom. Najočiglednija razlika između blisko srodnih vrsta ptica koje vidimo oko nas je njihova boja.

Dve nove studije pokazale su nam kako nekoliko gena i dodatak tog jednog atoma kiseonika mogu promeniti tok evolucije, stvarajući novu formu koja izgleda tako dramatično drugačije.

Ako ovo poboljša životinju u evolucionom smislu – možda novima bojama izgledaju privlačnije potencijalnim partnerima ili se više ističu – to može dovesti do nastanka nove vrste.

Ovaj rad nas podseća na čudo prirode i pokazuje da je evolucija stalan proces, ističu autori studija.

„Da bismo očuvali vrste, moramo zaštititi što je moguće više njihove genetske složenosti. Svaka jedinka u populaciji sadrži jedinstveni genom i svaka mala varijacija je proizvod miliona godina evolucije u prošlosti. To bi takođe moglo biti ključ za razvoj nove vrste u budućnosti”, poručuju istraživači.