Освоение самых сложных моторных навыков, таких как пение птиц и человеческая речь, ограничено способом, характерным для каждого вида, но механизмы, лежащие в основе усвоенного поведения, характерного для конкретного вида, остаются плохо изученными. Певчие птицы приобретают видоспецифичные песни в процессе обучения, которое, как также считается, зависит от видоспецифичных паттернов активности генов в ядрах песни – областях мозга, которые, как известно, специализируются на обучении и воспроизведении голоса.
В новом исследовании Вада и его коллеги использовали два близкородственных вида певчих птиц – зебрового вьюрка (Taeniopygia guttata) и совы-вьюрка (Taeniopygia bichenovii), а также гибридное потомство от вязок между этими двумя видами.
Это позволило им изучить взаимосвязь между межвидовыми различиями в экспрессии генов и производством видоспецифичных паттернов песен.
Исследователи сравнили песни птиц, которых учили пению одного и того же вида, с песнями птиц, которые только слышали пение других видов; это показало, что обучение песне в основном регулируется генетическими различиями, характерными для видов. Затем они идентифицировали гены, активность которых в ядрах песен регулируется видоспецифическим образом, либо путем изменений в собственных регуляторных областях генов («цис-регуляция»), либо путем изменений в других белках, которые влияют на активность гена («транс- регулирование ").
Они обнаружили, что трансрегуляторные изменения были более распространены, чем цис-регуляторные изменения, и имели тенденцию в первую очередь влиять на активность генов, участвующих в формировании нервных связей и передаче информации между нейронами в одном конкретном ядре песни, «RA» – рассматриваемом как аналог моторной коры гортани млекопитающих у птиц.
Они определили сигнальную молекулу, называемую BDNF, как посредника изменений в трансрегулируемых генах при RA, со значительной корреляцией между индивидуальными вариациями в количестве BDNF и видоспецифичными свойствами песни. Это подтверждается тем фактом, что использование лекарственного средства для сверхактивации рецепторов BDNF изменяет активность трансрегулируемых генов в RA и нарушает структуру заученных песен у взрослых зебровых вьюрков.
Эти результаты демонстрируют функциональные нейрогенетические ассоциации между межвидовыми различиями в регуляции генов и видоспецифическим усвоенным поведением. По мнению авторов, будущие исследования, основанные на этих выводах, могут выявить специфические регуляторные изменения генов, лежащие в основе эволюции усвоенного поведения, специфичного для каждого вида.
«Мы считаем, что речь идет не только о птичьих песнях», – сказал ведущий автор Казухиро Вада. «Наше исследование – многообещающий шаг к пониманию того, как изменения в регуляции генов могут в конечном итоге привести к эволюции видоспецифичного поведения животных."