_ Cum s-a optimizat evoluția senzorul magnetic la păsări

Păsările migratoare sunt capabile să navigheze și să se orienteze cu o precizie uimitoare folosind diverse mecanisme, inclusiv o busolă magnetică. O echipă condusă de biologi Dr. Corinna Langebrake și Prof. Dr. Miriam Liedvogel de la Universitatea din Oldenburg și Institutul de Cercetare Aviară „Vogelwarte Helgoland” din Wilhelmshaven a comparat acum genomul mai multor sute de specii de păsări și a găsit dovezi suplimentare că o anumită proteina din ochii păsărilor este magnetoreceptorul care stă la baza acestui proces.

Cercetătorii au descoperit că au existat schimbări evolutive semnificative în gena care codifică proteina criptocromul 4 și că anumite grupuri de păsări l-au pierdut complet. .

Aceste constatări indică adaptarea la diferite condiții de mediu și susțin teoria conform căreia criptocromul 4 funcționează ca o proteină senzor.

Studiul a fost determinat de cercetările de la Universitățile din Oldenburg și Oxford (Marea Britanie), care a demonstrat că magnetorecepția se bazează pe un proces mecanic cuantic complex care are loc în anumite celule din retinele păsărilor migratoare.

Într-o lucrare publicată în revista Nature în 2021, Echipa germano-britanica a prezentat descoperiri conform cărora era foarte probabil ca criptocromul 4 să fie magnetoreceptorul pe care îl căutau: în primul rând, au putut demonstra că proteina este prezentă în retina păsărilor și, în al doilea rând, ambele experimente cu bacterii. proteinele produse și calculele modelului au arătat că criptocromul 4 prezintă efectul cuantic suspectat ca răspuns la câmpurile magnetice.

În mod interesant, cercetarea a demonstrat, de asemenea, că aceste proteine ​​sunt semnificativ mai sensibile la câmpurile magnetice la robins, care sunt păsări migratoare. , decât la găini și porumbei, care sunt specii rezidente.

„În consecință, motivul pentru care criptocromul 4 este mai sensibil la robins decât la pui și porumbei trebuie găsit în secvența ADN a proteinei”, spune Langebrake, care a fost autorul principal. „Secvența a fost probabil optimizată de procesele evolutive la aceste păsări migratoare nocturne.”

În studiul actual, echipa condusă de Langebrake și Liedvogel a investigat, prin urmare, magnetorecepția dintr-o perspectivă evolutivă pentru prima dată. Cercetătorii au analizat genele criptocromului 4 a 363 de specii de păsări, de la micul kiwi pătat până la vrabia cântătoare.

În primul rând, au comparat rata evolutivă a proteinei cu cea a două criptocromi înrudite și au descoperit că secvențele de gene ale criptocromii utilizați pentru comparație au fost foarte asemănătoare pentru toate speciile de păsări: par să se fi schimbat foarte puțin pe parcursul evoluției. Acest lucru se datorează cel mai probabil rolului lor cheie în reglarea ceasului intern — un mecanism care este esențial pentru toate păsările și în care modificările ar avea efecte extrem de negative.

Criptocromul 4, dimpotrivă, s-a dovedit a fi fost foarte variabil. „Acest lucru sugerează că proteina este importantă pentru adaptarea la condițiile specifice de mediu”, explică Liedvogel, care este profesor de ornitologie la Universitatea din Oldenburg și director al Institutului de Cercetare Aviară. Specializarea rezultată ar putea fi magnetorecepția. „Un model similar a fost observat în alte proteine ​​senzoriale, cum ar fi pigmenții sensibili la lumină din ochi”, explică ea.

Cercetătorii au analizat apoi mai atent modul în care a evoluat secvența genei pentru criptocromul 4. istoria evolutivă a păsărilor. Rezultatele i-au determinat pe oamenii de știință să concluzioneze că, în special, în cazul ordinului passeriformelor (Passeriformes), proteina a fost optimizată prin selecție rapidă. „Rezultatele noastre indică faptul că procesele evolutive ar fi putut duce la specializarea criptocromului 4 ca magnetoreceptor la păsările cântătoare”, spune Langebrake.

O altă descoperire interesantă a fost că, în trei clade de păsări tropicale — papagali, colibri și Tyranni (Suboscines), cunoscute și sub numele de tirani —, informațiile pentru criptocromul 4 s-au pierdut în procesul evolutiv, ceea ce înseamnă că acestea păsările nu sunt capabile să producă proteina. Acest lucru indică faptul că nu joacă un rol vital în supraviețuirea lor. Cu toate acestea, în timp ce papagalii și păsările colibri sunt sedentari, unii tirani sunt migranți pe distanțe lungi care, ca micile păsări cântătoare europene, zboară atât ziua, cât și noaptea.

„Faptul că, spre deosebire de Robin, nu fac. au criptocromul 4 le face un sistem ideal pentru investigarea diferitelor ipoteze despre magnetorecepție”, spune Langebrake.

O întrebare interesantă aici este: au dezvoltat Tyranni un simț magnetic care funcționează independent de criptocromul 4? Sau sunt capabili să se orienteze fără un simț magnetic?

O altă posibilitate este ca simțul lor magnetic să aibă aceleași caracteristici ca și la robins, care este dependent de lumină și poate fi perturbat de undele radio, de exemplu . „Primele două scenarii ar corobora puternic ipoteza criptocromului 4, în timp ce al treilea ar pune o problemă pentru teorie”, subliniază biologul.

Ca următor pas, echipa de cercetare intenționează, prin urmare, să investigheze magnetice. orientarea în Tyranni și clarificați dacă au sau nu simț magnetic. „Clada Tyranni ne oferă un instrument natural pentru înțelegerea funcției criptocromului 4 și a importanței magnetorecepției la păsările migratoare”, spune Liedvogel, subliniind un punct de plecare pentru cercetări ulterioare.

Cercetarea este publicată în jurnalul Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

(Fluierul)