人类舞蹈病的基因缘何让鸟儿不唱歌?

2016-12-27 15:27:00 作者:佚名 分类 : 探索发现

  在宠物市场,模仿能力强、鸣叫声悦耳动听、外表漂亮的鸟儿总是很受欢迎,有歌声婉转动听的画眉鸟,有叫声高亢明亮的夜莺,有高贵漂亮的金丝雀,有羽色艳丽的黄鹂鸟,有象征吉祥的喜鹊,也有擅长模仿的八哥,这些都是供人观赏的宠物鸟。

  除了宠物鸟,还有一些善于鸣唱的鸟儿,如来自澳洲的斑胸草雀等,由于某些与人类相似的特点,成为研究人类神经科学的一种重要模式动物,为科学的进步作出了巨大的贡献。

  1、从鸣禽中脱颖而出的模式动物

  全世界约有4000多种鸣禽,占鸟类总数的一半以上,它们都是属于雀形目的鸟类。

  鸣禽的发声是鸣禽进行种群和个体识别、信息交流的重要行为,大部分鸣禽的鸣声悦耳,但是一般雄鸟的鸣声更加悦耳动听,而且繁殖季节雄鸟的鸣声最为婉转、响亮,既是为了取悦雌鸟,同时也有吓退竞争对手的作用。

  鸣禽的鸣声可以分为两类,一类称为鸣叫,是指一些短暂且简单的发声, 是对特定刺激的反应, 是由遗传决定的,另一类称为鸣啭或鸣唱,指的是鸣禽发出的婉转动听的歌声,具有高度模式化和周期性, 必须后天通过模仿和学习获得。

  鸣禽学习鸣唱的过程与人类婴儿的语言学习颇为相似,可以分为两个阶段,第一个阶段为感觉学习期,幼鸟须反复听到成鸟的鸣唱,在大脑中形成鸣唱模板的记忆;第二个阶段为感觉运动学习期,鸣禽通过听觉反馈将自己发出的鸣唱与模板进行匹配,经过小范围的调整,逐步建立稳定的鸣唱。

  除了人类,鸣禽这种鸣唱学习的能力在自然界只有几种动物掌握,包括大象、白鲸、海豚和蝙蝠等,而啮齿类动物与人类亲缘关系最近的其它灵长类动物均不具备这一本领。与人类语言学习一样,鸣禽的鸣唱学习也涉及到复杂的神经反应,因此鸣禽已成为研究神经科学,甚至神经性疾病的重要模式动物。

  斑胸草雀是鸣禽中常见的一种模式动物。它原产于澳大利亚东部、新几内亚的热带森林,属于雀形目梅花雀科的鸟类。由于栖息地遭到破坏等原因,野生的斑胸草雀已经难觅踪迹,但是在世界很多国家的宠物市场都能买到人工养殖的斑胸草雀。同时,斑胸草雀繁殖快、饲养成本低,上世纪五六十年代开始,常被用于脊椎动物的脑、行为和演化研究的模型。

  近年来,更是有科学家利用转基因斑胸草雀来研究人类神经性疾病的发病机理,以及与发声学习相关基因的功能,展现出鸣禽在科学研究中的重要价值。

  图1 模式动物斑胸草雀  来源:pbs图1 模式动物斑胸草雀 来源:pbs

  2、第一只转基因斑胸草雀

  转基因禽类的研究历史相对较早,最早转入外源基因的禽类是鹌鹑和家鸡等家禽。这些转基因禽类的研究始于20世纪80年代末,之后转基因技术成为家禽育种和生物制药研究的重要技术。2015年,转基因鸡生产的重组蛋白药物更是获得美国食品药品监督管理局批准上市,成为少数几种实现商品化的转基因动物产品之一。

  图2 第一只转基因斑胸草雀(右) 图片来源:Proc Natl Acad Sci USA. 2009

图2 第一只转基因斑胸草雀(右) 图片来源:Proc Natl Acad Sci USA。 2009

  相对而言,其它鸟类的转基因研究则开展较晚,直到2009年,美国洛克菲勒大学和麻省理工学院的科学家才首次在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上报道其成功建立转基因鸣禽的制作方法。该研究的对象正是来自澳大利亚的斑胸草雀,而采用的转基因方法则是在转基因鹌鹑和鸡上已相当成熟的技术——慢病毒载体法,不过做了一些重要的技术改进。研究人员将携带绿色荧光蛋白基因的自失活HIV慢病毒注射到鸟蛋的胚胎中,HIV慢病毒会感染胚胎中的生殖细胞,并将外源基因整合到生殖细胞的基因组中,最终获得3只能表达绿色荧光蛋白的转基因斑胸草雀。这些转基因斑胸草雀能正常繁殖后代,幼年雄性转基因斑胸草雀也能正常模仿成年雄鸟的鸣唱,研究人员希望可以将这种转基因斑胸草雀发展成为研究人类语言学习机制的动物模型。

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