У белогорлых воробьёв, птиц со сложным социальным поведением, вариации одного и того же гена в составе супергена не только влияют на внешний вид, но и отвечают за уровень агрессии.
В журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) опубликовано исследование неврологов из Университета Эмори (Emory University), проведённое в лаборатории, возглавляемой Донной Мэни (Donna Maney), профессоркой психологии в этом университете. Она же является ведущей авторкой статьи, в которой показано, как изменения в одном гене влияют на поведение диких певчих, в частности, как различия в этом гене определяют уровень агрессии у белогорлых воробьёв (также известны как белошейные зонотрихии, Zonotrichia albicollis). В работе представлен необычный взгляд на то, как вариации одного и того же гена могут обуславливать разницу в поведении позвоночных.
Белогорлые воробьи — обычные дворовые птицы, встречающиеся почти повсюду в Северной Америке, — говорит Дженифер Мэрритт (Jennifer Merritt), участница исследования. — Примечательно, что они встречаются в двух разных морфах, отличающихся не только оперением, но и стратегиями максимизации потомства. Оба типа различий обусловлены генетической дифференциацией в единственной области одной хромосомы, и мы точно знаем, где она находится».
В какой-то момент в процессе эволюции та или иная хромосома может «сломаться» таким образом, что часть генетической последовательности в ней оказывается повёрнутой на 189 градусов. В результате этого процесса, называемого инверсией, внутри перевёрнутого участка изолируется суперген — группа соседствующих генов в хромосоме, которые передаются потомству одним блоком. В некоторых случаях супергены отвечают за формирование различных морф внутри вида: особи с супергеном могут и внешне, и поведением отличаться от особей того же вида, у которых этого супергена нет.
У белогорлых воробьёв могут быть либо ярко-желтые или черно-белые полосы на голове, либо приглушённые коричневые или сероватые полосы. Все птицы этого вида с белыми полосами обладают хотя бы одной копией перестроенной хромосомы и склонны быть менее заботливыми родителями и более агрессивными, чем их родственники с тусклым оперением, у которых этот суперген отсутствует.
Статья об этих воробьях основана на предыдущей работе лаборатории Мэни, лидирующей в области исследований связи между последовательностью генов и поведением животных в дикой природе. В 2014 году лаборатория обратила внимание на гормональный рецептор эстрогена альфа (ER-альфа), который, по-видимому, связан с различиями в проявлениях агрессии и родительского поведения белогорлых воробьёв в дикой природе. У белополосых птиц этого вида активность этого рецептора выражена в гораздо большей степени, чем у других, и поэтому они агрессивнее остальных.
«В этой статье мы хотели проследить генетическую вариацию ER-альфа вплоть до того места, где она проявляется в мозге, а затем и до поведения. Мы хотели посмотреть, сможем ли мы проследить поведенческую вариацию до вариации в одном гене», — поясняект Мерритт.
Белогорлые воробьи маркируют свою территорию пением. Причём темп их пения, наряду с частотой, определяет степень их агрессии. С помощью этого приёма они предупреждают или даже «атакуют» особей, посягающих на их территорию. В ходе полевых исследований белогорлых воробьёв в естественной среде обитания выяснилось, что чем более активна у птиц супергенная версия рецептора эстрогенов, тем более рьяно они защищают территорию.
После завершения стадии наблюдений учёные применили экспериментальный подход. В лаборатории белогорлым воробьям с ярким окрасом давали вещество, блокирующее экспрессию гена ER-альфа, и измеряли уровень их агрессии. Когда экспрессия этого гена блокировалась, агрессивность птиц снижалась.
«Мы считаем, что это первая демонстрация того, как один ген внутри супергена может вызывать изменения в социальном поведении дикого позвоночного», — рассказывает Мерритт.
Чтобы лучше продемонстрировать работу супергена, она проводит аналогию:
Представьте себе каждый из генов внутри супергена как приток реки, каждый из которых впадают в одно русло. Это русло реки и есть поведение. Затем возьмите образец воды из реки и определите, из какого притока он поступил.
Лаборатория Мэни продолжает исследовать ряд других нейроэндокринных генов (генов, которые влияют на поведение, регулируя работу гормонов), на экспрессию которых влияет перестройка хромосом белогорлых воробьев.