在鸟类中，猛禽以其敏锐的视力而闻名，企鹅以其群体取暖的技巧而闻名，而一些翠鸟则是技巧娴熟的潜水者。这些色彩鲜艳、喙长的鸟类有些会头朝前冲入水中，以惊人的速度捕食鱼类，而这一切都不会损伤它们的大脑。根据 10 月 24 日发表在《通讯-生物学》杂志上的一项研究，它们能够做到这一点，这都归功于它们的基因。
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翠鸟进行的特殊潜水方式被称为俯冲捕食。其他鸟类，包括塘鹅和鹈鹕，也会进行俯冲捕食，但这在动物界并非普遍的觅食方式。尽管翠鸟在高达每小时 25 英里的俯冲中通常不会伤到自己，但这些俯冲并非没有风险。
“翠鸟要想像它们那样头朝前俯冲，它们必须进化出其他特征来保护它们的大脑不受伤，”菲尔德博物馆的鸟类副馆长、该研究的合著者香农·哈克特在一份声明中说。
翠鸟分为三个科，它们通常具有鲜艳的羽毛和较小的脚。翠鸟的物种也有多样的食性。并非所有翠鸟都吃鱼，许多物种吃蜥蜴、昆虫，甚至其他翠鸟。在 2017 年的一项研究发现，以鱼类为食的翠鸟类群在翠鸟家族树中甚至没有密切关系之后，哈克特清楚地意识到，以鱼为食的习性和潜水能力很可能都源于一个共同祖先。
“有如此多的物种发生了向潜水行为的转变，这使得这一类群在科学研究的角度来看既迷人又强大，”哈克特说。“如果一个性状独立地进化了无数次，那就意味着你有能力找到一个普遍的解释，说明为什么会这样。”
在这项研究中，研究小组比较了 30 种不同翠鸟的 DNA，以确定哪些基因解释了这些鸟类的食性和它们在不损伤大脑的情况下潜水的能力。他们使用了来自各种实地考察的标本。
“当我们的科学家进行实地考察时，他们会从收集的鸟类标本中提取组织样本，例如肌肉或肝脏的碎片。这些组织样本保存在菲尔德博物馆，用液氮冷冻，以保存 DNA，”该研究的合著者兼进化生物学家查德·伊莱森在一份声明中说。
他们开始对每种翠鸟的全基因组进行测序，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，寻找潜水翠鸟共有的基因变异。
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他们发现，以鱼为食的鸟类具有一些与饮食和大脑结构相关的基因变异。在两个有趣的位点发生了突变。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，该基因编码与喂食行为相关的 tau 蛋白。
Tau 蛋白有助于稳定大脑内的微小结构。然而，过多的 tau 蛋白堆积可能是有害的。人类的创伤性脑损伤和阿尔茨海默病与 tau 蛋白的堆积有关。
“在我担任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。“我开始想，为什么翠鸟的大脑不会变成一团糟而死去？一定有什么东西在保护它们免受反复撞击水面的负面影响。”
研究小组怀疑，这些 tau 蛋白对大脑来说可能是一把双刃剑。维持大脑神经元有序的基因与反复脑震荡或患有阿尔茨海默病时失效的基因是相同的。
“我猜想，对这些蛋白质存在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。
现在已经确定了相关的基因组变异，这项研究的下一步包括观察这些突变的作用以及产生的蛋白质。他们还对大脑如何补偿所有冲击力以及如何将其应用于人类大脑感兴趣。
