翠鳥如何以40公里時速潛入水中 卻「避免腦震盪」？

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翠鳥這種鳥類以其敏捷的飛行技巧和捕食方式而聞名，但牠們的潛水速度更是令人印象深刻。據科學家觀察，翠鳥潛水時可以達到時速40公里，這樣的速度使得牠們撞入水面時，頭部、喙部以及大腦承受著相當大的衝擊力。這種衝擊如果發生在人類身上，很可能會造成腦震盪或其他傷害。然而，這些鳥類不僅能夠抵抗這種反復的衝擊，而且還能夠保持日常的潛水活動。這究竟是如何實現的呢？

來自芝加哥菲爾德自然歷史博物館的演化生物學家哈克特（Shannon Hackett）博士對此表示，「必定有一些機制在作用，保護翠鳥免受這些強烈撞擊的影響。」 哈克特博士和她的同事們對翠鳥這種現象進行了研究，希望揭開這些鳥類如何在不受傷害的情況下進行高速潛水的秘密。

哈克特首次對翠鳥如何保護其大腦產生興趣，是在她與兒子的冰球隊合作時，並開始擔心重複撞擊對人類大腦的影響。大約在同一時間，演化生物學家Chad Eliason也加入了該博物館，研究翠鳥及其潛水行為。




這項研究調查了翠鳥家族的演化樹，發現翠鳥潛水這一行為有四個不同的起源。研究中還分析了這些鳥類的基因突變率和種群大小如何隨著時間變化。研究對象包括了從馬達加斯加侏儒翠鳥到領翠鳥等幾種代表性翠鳥。（圖／Communications Biology）


在新的研究中，哈克特和他們的同事分析了30種翠鳥的完整基因組，包括一些進行潛水和一些不進行潛水的物種，這些標本被冷凍並儲存在博物館中。保存的鳥類來自世界各地；一些潛水物種來自大陸地區，另一些來自島嶼，它們已獨立演化成具備潛水能力，但不是來自同一個潛水祖先。

該團隊想要知道不同的潛水物種是否演化出了類似的基因改變以達到相同的行為。許多翠鳥物種已經發展出這種行為，但不清楚這是否是通過基因「趨同演化」出來的，就如高中生物課上所說的，「趨同演化」原理類似許多鳥類失去了飛行能力，或者蝙蝠和海豚獨立發展出回聲定位那樣。

先前的研究發現，在喙部形狀上有趨同，使潛水翠鳥的喙變得又長又尖，這可能使它們能更有效地潛入水中。哈克特想知道，「牠們是否都（適應潛水）用同樣的方式，用牠們的喙、牠們的大腦…以及牠們的基因？」


翠鳥的特定「tau蛋白」是關鍵 常出現在腦震盪與老人癡呆患者



基本上，這項研究告訴我們，住在島上的小翠鳥，比起其他翠鳥，有更多幫助它們適應環境的好基因。雖然這些小鳥們都學會了類似的潛水技巧，但它們的好基因可能各走各路，並不是全都來自同一套家族秘籍。（圖／Communications Biology）


研究人員在翠鳥的基因中找到了一個非常酷的事情：這些鳥兒的DNA裡有93處改變，其中有一個改變特別厲害，那就是跟一種叫做「tau蛋白」的東西有關。這種蛋白在我們人類身上可能會和老年痴呆症扯上關係，也會在腦震盪後的人腦中發現。但對翠鳥來說，tau蛋白就像是一個超級頭盔，幫助牠們在水裡猛扎的時候保護牠們的小腦袋。哈佛大學的遺傳學專家提姆（Tim Sackton）對此表示，這像是大自然在玩轉基因，讓翠鳥的頭部能夠承受撞擊，非常有意思。簡單來說，就像翠鳥版的防撞安全氣囊一樣酷！

但提姆隨後補充，研究中所做的遺傳分析類型是棘手的。一些被識別出來的趨同基因可能是偶然的，實際上根本與潛水行為的演化無關。有必要進行更深入的研究，以確定哪些遺傳改變與潛水行為相關。

下一步是測試這些基因突變和由此產生的蛋白質，特別是tau蛋白，在翠鳥中的作用，以及潛水物種中的遺傳差異如何保護它們。如果類似的研究能夠提供洞見，了解鳥類如何保護它們的大腦，那麼這些結果可能可以應用於為人類開發保護腦震盪和腦損傷的策略。但那是在遙遠的未來。

哈克特說：「我們在了解基因型及其所有改變如何轉化為我們在自然界中看到的東西之間還有很長的路要走。我們才剛剛開始提出這些問題。」這項研究刊登在最新一期的《通訊生物學》。



資料來源 : 明日科學
https://tomorrowsci.com/master/knowinganimals/20231118_02/