ホバリング中、ハチドリは花から花へ飛び回ります。研究者らは現在、ハチドリがこの非常にエネルギーを消費する移動形態を可能にする遺伝的基盤を調査しています。小さな空中曲芸師の場合は、明らかにより多くをもたらした。特別な代謝遺伝子の機能が失われているため、ハチドリは他の鳥と比べてより多くのエネルギーを変換することができ、その結果高い飛行能力を達成できることが研究で示されている。
翼は 1 秒間に最大 80 回も羽ばたきます。ハチドリは、動物界で最も驚くべき移動形態の 1 つを発達させました。翼の羽ばたき頻度が非常に高いため、このグループの熱帯の鳥の代表者はヘリコプターのように空中にホバリングできます。他の鳥とは対照的に、多くの場合親指ほどの大きさしかないこの小さな生き物は、前方だけでなく後方や横方向にも飛ぶことができます。これにより、彼らは特別な食料源を最適に利用することができました。彼らは浮遊しながら、長いくちばしで花の蜜を吸い取り、ある食料源から次の食料源へと機敏に飛び回ります。ハチドリが驚くべき飛行性能を発揮できるのは、甘い燃料のおかげです。なぜなら、羽ばたきを速くするには多大なエネルギーが必要だからです。
遺伝子レシピを辿る
花の蜜に含まれる糖分のエネルギーを体内に放出するため、ハチドリは脊椎動物の中で最も代謝率が高いことが知られています。これを可能にする生化学的適応はすでに知られていますが、根底にあるゲノム変化はほとんど知られていません。ドレスデンのマックス・プランク分子細胞生物学・遺伝学研究所のエカテリーナ・オシポワ率いる科学者たちは現在、この研究テーマに専念している。研究のために、彼らはエナガハチドリ (Phaethornis superciliosus) のゲノムを配列しました。他のハチドリ種からの遺伝情報と組み合わせて、彼らはそれをニワトリ、ハト、ワシを含む45羽の「普通の」鳥のゲノムと比較した。
科学者らが報告しているように、ハチドリのゲノムには驚くべき特異性が発見された。このグループの鳥には、筋肉酵素フルクトース ビスホスファターゼ 2 (FBP2) の機能遺伝子が明らかに欠如している。鳥類間の関係を分析した結果、この遺伝子はすべてのハチドリの共通祖先ではすでに失われていることが明らかになった。これは約 4,800 万年から 3,000 万年前に起こりました。この時期は、おそらくハチドリの祖先の間でホバリング飛行が発達し、花の蜜を食べることに特化した時期でした。したがって、FBP2の喪失がホバリング飛行への代謝適応において進化的な役割を果たしていることが示唆された。しかし、欠落した酵素は正確に何をするのでしょうか?
代謝を最適に促進
研究者らは、実験室でウズラの筋肉細胞株を研究することでこの疑問を調査した。研究者らは、CRISPR/Cas遺伝子ハサミを使用して、あるグループの鳥類で本来機能しているFBP2遺伝子を不活化した。これは、酵素が生成されないことを意味する。 「これらの実験を通じて、FBP2遺伝子を特異的にオフにすると糖代謝が増加することを示すことができました。私たちの分析では、エネルギー生産に重要なミトコンドリアの数と活性も同時に増加していることも示されました」とオシポワ氏は報告しています。これらの影響はウズラたちにとってエネルギー的に意味がありません。しかし、欠落した酵素のこれらの効果により、ハチドリは複雑な羽ばたきに最適なエネルギー供給を行うことができるようです。
「FBP2の遺伝子は筋肉細胞でのみ活性であるため、我々の結果は、ハチドリの祖先におけるこの遺伝子の喪失が、おそらくホバリング飛行に必要な筋肉代謝の適応における重要なステップを表していることを示唆している」と主著者は結論づけている。フランクフルト・アム・マインのゼンケンベルク自然研究協会のマイケル・ヒラー氏は研究結果を発表した。この遺伝的特異性に加えて、研究ではハチドリのゲノム変化のさらなる証拠が明らかになったと科学者らは報告している。したがって、特定の追加の選択プロセスが、糖代謝にも関連する遺伝子構造の変化をもたらしたことが明らかになりつつあります。 「さらなる研究と実験によって、ハチドリの代謝における進化的適応に対するこれらの遺伝子変化の重要性が明らかに明らかになる可能性がある」とヒラー氏は結論づけている。
出典: Senckenberg Society for Natural Research、専門記事: Science、doi: 10.1126/science.abn7050
