ทั่วทั้งอาณาจักรสัตว์ นกเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีสีสันที่สุดชนิดหนึ่ง แต่นกหลากสีสันหลากหลายสายพันธุ์เกิดขึ้นได้อย่างไร?
นกเกือบทั้งหมดที่มีขนหรือปากสีแดงสด สีส้ม และสีเหลืองใช้กลุ่มเม็ดสีที่เรียกว่าแคโรทีนอยด์เพื่อสร้างสี อย่างไรก็ตาม สัตว์เหล่านี้ไม่สามารถสร้างแคโรทีนอยด์ได้โดยตรง พวกเขาจะต้องได้รับพวกมันจากการรับประทานอาหารจากพืชที่พวกเขากิน
นกแก้วเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้ โดยได้พัฒนาวิธีใหม่ในการสร้างเม็ดสีสีสันสดใส เรียกว่า psittacofulvins
แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะรู้จักเม็ดสีต่างๆ เหล่านี้แล้วก็ตามบางครั้งการทำความเข้าใจพื้นฐานทางชีวเคมีและพันธุกรรมเบื้องหลังวิธีที่นกใช้พวกมันเพื่อให้มีสีต่างกันนั้นยังไม่มีความชัดเจนมากนัก แต่การศึกษาสองชิ้นล่าสุดเกี่ยวกับนกแก้วและนกฟินช์ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับความลึกลับนี้
การศึกษาหนึ่งเผยแพร่ในชีววิทยาปัจจุบันนำโดยพวกเราคนหนึ่ง (แดเนียล ฮูเปอร์) และอื่น ๆนำโดยนักชีววิทยาชาวโปรตุเกส Roberto Abore และตีพิมพ์ในศาสตร์- พวกเขาร่วมกันพัฒนาความเข้าใจของเราว่านกสร้างการแสดงที่มีสีสันได้อย่างไร และลักษณะเหล่านี้มีวิวัฒนาการอย่างไร
เอนไซม์ตัวเดียว
การศึกษาใหม่ทั้งสองฉบับเกี่ยวข้องกับทีมนักวิจัยนานาชาติจำนวนมาก พวกเขาใช้ความก้าวหน้าล่าสุดในการจัดลำดับทางพันธุกรรมเพื่อตรวจสอบว่าบริเวณใดของจีโนม (ชุด DNA ที่สมบูรณ์ของสัตว์) กำหนดการเปลี่ยนแปลงของสีเหลืองถึงสีแดงตามธรรมชาติในนกแก้วและนกฟินช์
เป็นที่น่าสังเกต แม้ว่านกทั้งสองกลุ่มนี้จะจัดแสดงสีสันสวยงามโดยใช้เม็ดสีประเภทต่างๆ กัน แต่นักวิทยาศาสตร์ก็พบว่าพวกมันมีวิวัฒนาการในลักษณะเดียวกัน
การศึกษาของ Arbore พิจารณาที่ลอรี่มืด-ชื่อเล่น fuscata) นกแก้วพื้นเมืองของนิวกินีที่มีแถบขนนกอาจมีสีเหลือง สีส้ม หรือสีแดง
การวิจัยพบว่าการเปลี่ยนแปลงระหว่างขนนกสีเหลืองและสีแดงมีความสัมพันธ์กับเอนไซม์ที่เรียกว่า ALDH3A2 เอนไซม์นี้จะเปลี่ยนเม็ดสีนกแก้วสีแดงให้เป็นสีเหลือง
เมื่อขนมีเอนไซม์จำนวนมาก ขนจะกลายเป็นสีเหลือง เมื่อมีน้อยก็จะกลายเป็นสีแดง
นักวิทยาศาสตร์พบว่าเอนไซม์ ALDH3A2 ยังอธิบายความแปรผันของสีในนกแก้วสายพันธุ์อื่นๆ อีกหลายชนิดซึ่งมีการพัฒนาความแปรผันของสีเหลืองไปเป็นสีแดงอย่างอิสระ
สองยีนพิเศษ
ที่นกกระจิบหางยาว-โปฟิลา อคูติคาดา) เป็นนกที่เพรียกร้องชนิดหนึ่งมีถิ่นกำเนิดทางตอนเหนือของออสเตรเลีย มีพันธุ์ผสมอยู่ 2 ชนิดย่อยที่มีใบเรียกเก็บเงินสีต่างกัน อันหนึ่งเรียกเก็บเงินเหลืองในขณะที่อีกอันเรียกเก็บเงินแดง
เม็ดสีแคโรทีนอยด์ส่วนใหญ่ที่นกอาจบริโภคจากอาหารนั้นมีสีเหลืองหรือสีส้ม ดังนั้นร่างกายของนกจึงต้องเปลี่ยนเคมีของเม็ดสีหลังจากกินเข้าไปเพื่อให้เกิดสีแดง
การศึกษาของฮูเปอร์ตรวจสอบความแปรปรวนในลักษณะนี้ในการกระจายตัวของนกกระจิบหางยาวในป่า และความแปรผันในจีโนมของนกที่วัดได้ ปรากฎว่าสีของปากนกในนกฟินช์เหล่านี้ส่วนใหญ่เชื่อมโยงกับยีน 2 ยีน ได้แก่ CYP2J19 และ TTC39B
ยีนทั้งสองนี้ร่วมกันกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแคโรทีนอยด์ในอาหารสีเหลืองไปเป็นสีแดง
ในนกฟินช์หางยาว สีเหลืองดูเหมือนจะเป็นผลมาจากการกลายพันธุ์ที่ทำให้ยีนเหล่านี้ปิดตัวลงโดยเฉพาะในขณะที่คงไว้ในส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย เช่น ดวงตา
เมื่อเปรียบเทียบรหัส DNA ของยีนสีเหล่านี้กับนกฟินช์สายพันธุ์อื่น นักวิจัยยังพบว่าบรรพบุรุษของนกกระจิบหางยาวสมัยใหม่มีใบแดง แต่ใบเหลืองกลายพันธุ์นั้นค่อยๆ เติบโตอย่างช้าๆ เป็นเรื่องปกติมากขึ้น
เหมือนเครื่องหรี่หลอดไฟ
การศึกษาเหล่านี้ร่วมกันแสดงให้เห็นว่าสีสามารถพัฒนาไปในประชากรธรรมชาติได้อย่างไร
ในนกแก้วและนกฟินช์ การกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดการแปรผันของสีเหลืองเป็นสีแดงไม่ได้เปลี่ยนการทำงานของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง แต่กลับมีอิทธิพลต่อตำแหน่งและเวลาที่เอนไซม์เหล่านี้ทำงาน
คิดว่าเป็นการเปลี่ยนแสงสว่างในห้องโดยการติดตั้งสวิตช์หรี่ไฟบนสวิตช์ไฟที่มีอยู่ แทนที่จะถอดอุปกรณ์ไฟทั้งหมด
นักวิทยาศาสตร์ยังแสดงให้เห็นว่าในประชากรธรรมชาติของนกแก้วและนกฟินช์ การกลายพันธุ์ของยีนเพียงไม่กี่ยีนสามารถเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของเม็ดสีได้อย่างมาก เพียงพอที่จะสร้างความแตกต่างระหว่างสีแดงและสีเหลือง
ยีนสำคัญจะเปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีของโมเลกุลเม็ดสีผ่านการทำงานของเอนไซม์ที่เติมออกซิเจนเพียงอะตอมเดียวให้กับเม็ดสี สิ่งนี้เปลี่ยนจากสีแดงสดเป็นสีเหลืองสดใสในนกแก้ว และสิ่งที่ตรงกันข้ามในนกฟินช์ จากสีเหลืองสดใสเป็นสีแดงสด
ความมหัศจรรย์แห่งธรรมชาติ
วิวัฒนาการของสีในนกเป็นจุดสนใจตั้งแต่ชาร์ลส์ ดาร์วินใช้สีเหล่านี้ในการสรุปทฤษฎีวิวัฒนาการของเขาโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ความแตกต่างที่ชัดเจนที่สุดระหว่างนกสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดที่เราเห็นรอบตัวเราคือสีของพวกมัน
การศึกษาใหม่ทั้งสองนี้แสดงให้เราเห็นว่ายีนสองสามตัวและการเติมออกซิเจนอะตอมเดี่ยวนั้นสามารถเปลี่ยนวิถีวิวัฒนาการได้อย่างไร โดยสร้างรูปแบบใหม่ที่ดูแตกต่างออกไปอย่างมาก
หากสิ่งนี้ช่วยปรับปรุงสัตว์ในแง่วิวัฒนาการ บางทีพวกมันอาจดูน่าดึงดูดใจสำหรับผู้มีโอกาสเป็นคู่หรือโดดเด่นมากกว่า มันสามารถนำไปสู่การกำเนิดของสายพันธุ์ใหม่ได้
งานนี้ทำให้เรานึกถึงความมหัศจรรย์ของธรรมชาติและแสดงให้เห็นว่าวิวัฒนาการเป็นกระบวนการต่อเนื่อง
เพื่ออนุรักษ์สายพันธุ์ เราจำเป็นต้องปกป้องความซับซ้อนทางพันธุกรรมของพวกมันให้ได้มากที่สุด ประชากรทุกคนมีจีโนมที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว และการแปรผันเล็กๆ น้อยๆ ล้วนเป็นผลมาจากวิวัฒนาการนับล้านปีในอดีต นอกจากนี้ยังอาจเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาสายพันธุ์ใหม่ในอนาคต
ไซมอน กริฟฟิธศาสตราจารย์วิชานิเวศวิทยาพฤติกรรมนกมหาวิทยาลัยแมคควารีและแดเนียล ฮูเปอร์, นักวิชาการหลังปริญญาเอก, ชีวสารสนเทศและชีววิทยาคอมพิวเตอร์,พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติอเมริกัน
บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากการสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-
