科學家破解了達爾文的家鴿短喙之謎

據外媒報道，查爾斯·達爾文對家鴿非常着迷。他認為鴿子的嘴裏有選擇的秘密。擺脱了自然選擇的束縛，350多個品種的家鴿在一個單獨的物種（Columba livia）中擁有各種形狀和大小的喙。其中最引人注目的是喙太短，而這有時會妨礙父母餵養它們的孩子。

幾個世紀的雜交使得早期的鴿友們認識到，鴿子的喙長很可能只受幾個可遺傳因素的制約。然而現代遺傳學家未能通過確定控制短喙的分子機制來解決達爾文之謎--一直到現在。

在一項新的研究中，猶他大學的生物學家們發現，ROR2基因的突變跟許多品種的家鴿的喙部尺寸縮小有關。令人驚訝的是，ROR2的突變還是一種叫做羅賓諾綜合徵的人類疾病的基礎。

這項研究的論文首席作者Elena Boer説道：“羅賓諾綜合徵最引人注目的一些特徵是面部特徵，包括寬而突出的前額和短而寬的鼻子和嘴，這讓人想起鴿子的短喙表型。從發育的角度來看是有意義的，因為我們知道ROR2信號通路在脊椎動物的顱面發育中起着重要作用。”

該論文將於當地時間9月21日發表在《Current Biology》上。

繪製基因和頭骨

研究人員培育了兩隻長着短喙和中等喙的鴿子--中等喙的雄性鴿子是Racing Homer，這種鳥的繁殖速度快，喙的長度跟原始巖鴿相似。這種小喙的雌性是一種Old German Owl--一種奇特的鴿子品種，其擁有一個小而矮胖的嘴。

“飼養者選擇這種喙純粹是為了美觀，即便它是有害的--它永遠不會出現在自然界。因此，家鴿在尋找決定體型差異的基因方面具有巨大優勢，”這項研究的高級作者James E. Talmage説道，“達爾文的一個重要論點是，自然選擇和人工選擇是同一個過程的變體。鴿子喙的大小有助於弄清楚這是怎麼回事。”

短喙和中喙的親鳥產生了最初的F1雛鳥，它們的喙是中等長度的。當生物學家將F1鳥類相互交配時，產生的F2孫子的喙從大到小，以及介於兩者之間的所有尺寸。為了量化這種變化，Boer使用猶他大學臨牀前成像核心設施生成的微型CT掃描測量了145只F2個體的喙的大小和形狀。

Boer説道：“這種方法很酷的一點是，它讓我們可以觀察整個頭骨的大小和形狀，結果發現不僅僅是喙的長度不同連腦殼的形狀也在同時改變。這些分析表明，F2種羣中的喙部變異是由於喙長的實際差異，而不是由於整個頭骨或身體大小的變化。”

接下來，研究人員比較了鴿子的基因組。首先，他們使用一種稱為數量性狀位點(QTL)定位的技術，其確定了分散在整個基因組的DNA序列變異，然後觀察這些變異是否出現在F2孫輩的染色體上。

Shapiro説道：“擁有小喙的孫輩跟擁有小喙的祖父母擁有相同的染色體片段，這告訴我們，這段染色體與小喙有關。並且它是在性染色體上，這是經典的遺傳實驗提出的，所以我們很興奮。”

然後，研究小組比較了許多不同鴿子品種的整個基因組序列，包括來自31個短喙品種的56只鴿子和來自58箇中等或長喙品種的121只鴿子。分析結果顯示，所有擁有小喙的個體在包含ROR2基因的基因組中都有相同的DNA序列。

Boer指出：“事實上，我們從兩種獨立的方法中得到了同樣強烈的信號，這真的很令人興奮，另外還提供了一個額外的證據，它證明ROR2基因位點參與其中。”

研究人員們推測，短喙突變導致ROR2蛋白以一種新的方式摺疊，不過他們還計劃進行功能實驗以弄清楚突變如何影響顱面發育。

鴿子愛好者

令達爾文着迷的家鴿的誘惑至今仍吸引着好奇者。研究小組用於基因組測序的許多血液樣本來自猶他州鴿子俱樂部和國家鴿子協會的成員，這兩羣鴿子愛好者都在繼續飼養鴿子並參加比賽以展示不同品種的驚人差異。

Shapiro説道：“在過去十年裏，我們實驗室發表的每一篇論文都在某種程度上依賴於他們的樣本。如果沒有鴿子養殖羣體，我們不可能做到這一點。”