在动物王国中，鸟类是最丰富多彩的生物之一。但所有这些令人惊奇的颜色不同的鸟类是如何出现的呢？
几乎所有具有鲜红色、橙色和黄色羽毛或喙的鸟类都使用一组称为类胡萝卜素的色素来产生颜色。然而，这些动物不能直接制造类胡萝卜素。他们必须通过饮食从所吃的植物中获取这些物质。
鹦鹉是这一规则的例外，它们进化出了一种全新的方法来制造彩色颜料，称为鹦鹉黄霉素。
尽管科学家已经了解这些不同的颜料一段时间，了解鸟类如何利用它们来改变颜色背后的生化和遗传基础还不太清楚。但最近两项关于鹦鹉和雀类的独立研究为了解这个谜团提供了重要的见解。
一项研究，发表于现代生物学，由我们中的一位（丹尼尔·胡珀）领导，并且另一个由葡萄牙生物学家 Roberto Abore 领导并发表于科学。它们共同促进了我们对鸟类如何产生丰富多彩的展示以及这些特征如何进化的理解。
单一酶
这两项新研究涉及大型国际研究团队。他们利用基因测序的最新进展来检查基因组（动物的完整 DNA 集）的哪些区域决定了鹦鹉和雀的自然黄色到红色的颜色变化。
值得注意的是，尽管这两类鸟类使用不同类型的颜料来展示丰富多彩的色彩，但科学家发现它们以相似的方式进化。
Arbore 的研究着眼于暗色鹦鹉（暗色假鱼），一种原产于新几内亚的鹦鹉，有黄色、橙色或红色的羽毛带。
研究发现，黄色和红色羽毛颜色之间的变化与一种名为 ALDH3A2 的酶有关。这种酶将红色鹦鹉色素转化为黄色色素。
当发育中的羽毛含有大量这种酶时，它们最终会变成黄色；当它们更少时，它们就会变成红色。
科学家发现 ALDH3A2 酶也解释了许多其他鹦鹉物种的颜色变化，这些鹦鹉独立进化出了黄色到红色的颜色变化。
两个特殊基因
这长尾雀（尖尾鹧鸪）是一种原产于澳大利亚北部的鸣禽。有两种具有不同颜色喙的杂交亚种。一只是黄嘴，另一只是红嘴。
鸟类可能从饮食中摄入的大多数类胡萝卜素色素都是黄色或橙色的，因此鸟类在食用它们后必须以某种方式改变色素的化学性质以产生红色。
胡珀的研究检查了野生长尾雀整个分布中这一性状的变异，以及被测鸟类基因组的变异。事实证明，这些雀类的喙颜色主要与两个基因 CYP2J19 和 TTC39B 有关。
这两个基因共同驱动黄色膳食类胡萝卜素转化为红色类胡萝卜素。
在长尾雀中，黄色似乎是由突变造成的，这些突变特别关闭了喙中的这些基因，同时使它们在身体的其他部位（例如眼睛）保持开启。
通过将这些颜色基因的DNA代码与其他雀类物种进行比较，研究人员还发现，现代长尾雀的祖先拥有红色的喙，但突变的黄色喙已经慢慢变得越来越普遍。
就像灯泡调光器一样
这些研究共同展示了自然种群中颜色如何演变。
在鹦鹉和雀类中，导致黄色到红色变化的突变并没有改变相关酶的功能。相反，它们影响了这些酶活跃的地点和时间。
可以将其视为通过在现有电灯开关上安装调光器来改变房间的照明，而不是拆除整个灯具。
科学家们还表明，在鹦鹉和雀类的野生种群中，仅仅几个基因的突变就可以深刻地改变色素的化学结构——足以区分红色和黄色。
关键基因通过酶的作用改变色素分子的化学结构，该酶仅向色素添加一个氧原子。这使得鹦鹉的颜色从鲜红色变成鲜黄色，而雀类的颜色则相反，从鲜黄色变成鲜红色。
大自然的奇迹
自从查尔斯·达尔文用鸟类的颜色来概述他的自然选择进化论以来，鸟类颜色的演变一直是人们关注的焦点。我们在周围看到的密切相关的鸟类之间最明显的区别是它们的颜色。
这两项新研究向我们展示了一些基因和单个氧原子的添加如何改变进化过程，创造出一种看起来截然不同的新形式。
如果这在进化意义上改善了动物——也许它们看起来对潜在的伴侣更有吸引力或者更引人注目——它可能会导致新物种的起源。
这项工作让我们想起了自然的奇迹，并表明进化是一个持续的过程。
为了保护物种，我们需要尽可能多地保护它们的遗传复杂性。种群中的每个个体都包含独特的基因组，每一个微小的变异都是过去数百万年进化的产物。它也可能是未来开发新物种的关键。
