研究發(fā)現(xiàn)蜂鳥的盤旋飛行可能是因?yàn)榛騺G失而進(jìn)化而來的 _蜂鳥

研究發(fā)現(xiàn)蜂鳥的盤旋飛行可能是因?yàn)榛騺G失而進(jìn)化而來的
據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)（作者：Stephanie Mayer-Bömoser，Senckenberg研究所和自然歷史博物館）：蜂鳥原產(chǎn)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(diǎn)，是唯一一種不僅可以向前飛，還可以向后或側(cè)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(duì)能量的要求非常高。在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)基因組研究中，由德國(guó)法蘭克福LOEWE羅意威轉(zhuǎn)化生物多樣性基因組學(xué)中心（LOEWE-TBG）的Michael Hiller教授領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)研究了新陳代謝的進(jìn)化適應(yīng)，這可能使蜂鳥具有獨(dú)特的飛行能力。
在懸停期間，蜂鳥每秒扇動(dòng)翅膀多達(dá) 80 次，產(chǎn)生特有的嗡嗡聲。在動(dòng)物王國(guó)中，沒有其他形式的運(yùn)動(dòng)消耗更多的能量。因此，它們的新陳代謝全速運(yùn)行，比任何其他脊椎動(dòng)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(dú)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(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這如何有利于允許蜂鳥盤旋的飛行肌肉細(xì)胞。在他們的研究中，他們對(duì)長(zhǎng)尾隱士（Phaethornis superciliosus）的基因組進(jìn)行了測(cè)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(jìn)行了比較，如雞，鴿子或鷹。
他們發(fā)現(xiàn)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(jìn)一步的研究表明，這種基因已經(jīng)在所有現(xiàn)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(yǎng)進(jìn)化的時(shí)期。
“我們的實(shí)驗(yàn)表明，肌肉細(xì)胞中FBP2基因的靶向失活增強(qiáng)了糖代謝。此外，在缺乏FBP2的細(xì)胞中，產(chǎn)生能量的線粒體的數(shù)量和活性增加。所有這些都已經(jīng)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(xué)的博士后研究員，曾是德累斯頓馬克斯普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所和法蘭克福LOEWE-TBG的科學(xué)家。
“由于FBP2基因僅在肌肉細(xì)胞中表達(dá)，我們的結(jié)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(yīng)進(jìn)化的關(guān)鍵一步， ”研究負(fù)責(zé)人Michael Hiller補(bǔ)充道，他是LOEWE-TBG和Senckenberg自然研究學(xué)會(huì)的比較基因組學(xué)教授。
除了FBP2基因的缺失外，其他重要的基因組變化可能發(fā)生在蜂鳥身上。在糖代謝中起重要作用的其他幾個(gè)基因在蜂鳥中表現(xiàn)出氨基酸變化，可能是由于定向選擇。“這些基因的變化與蜂鳥代謝進(jìn)化適應(yīng)的相關(guān)性需要通過進(jìn)一步的研究和實(shí)驗(yàn)來澄清，”希勒說。
相關(guān)：蜂鳥懸停可能與基因缺失有關(guān)
據(jù)科技日?qǐng)?bào)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。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，新陳代謝的進(jìn)化適應(yīng)，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(yīng)懸停所需的肌肉新陳代謝的重要一步。相關(guān)成果近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
原產(chǎn)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(cè)向飛行的鳥類。然而，它們特有的懸停飛行非常耗能。
德國(guó)LOEWE轉(zhuǎn)化生物多樣性基因組學(xué)中心的邁克爾·希勒教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)研究了新陳代謝的哪些進(jìn)化適應(yīng)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(dòng)翅膀，每秒最多可達(dá)80次。動(dòng)物王國(guó)中沒有其他運(yùn)動(dòng)方式比這個(gè)更耗能，因此，蜂鳥的新陳代謝必須全速運(yùn)行，甚至比任何其它脊椎動(dòng)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(tuán)隊(duì)對(duì)長(zhǎng)尾隱蜂鳥的基因組進(jìn)行了測(cè)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(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn) ，在所有接受檢查的蜂鳥中，F(xiàn)BP2都缺失了。進(jìn)一步的調(diào)查表明，在大約4800萬到3000萬年前，在典型的懸停飛行進(jìn)化和開始以花蜜為主要食物的時(shí)期，F(xiàn)BP2已經(jīng)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(fā)生了其他基因組變化，例如，幾個(gè)在糖代謝中起重要作用的基因的選擇過程導(dǎo)致蜂鳥體內(nèi)氨基酸發(fā)生變化。