一项新的研究指出了鸟类缺乏消化酶的进化原因和生态后果

　　

发表在《生理与生化动物学》上的一篇新文章，“机会失去了?鸟类缺乏海藻糖消化的进化原因和生态后果”揭示了鸟类进化的信息，这些信息证明了看似简单的原因造成的巨大后果。这项研究检查了19种不同的鸟类，更具体地说，是在它们的胃肠道系统中缺乏一种特定的消化酶。这些结果不仅证明了这种基因发展的进化原因，而且还表明了其后果可能在整个生态系统中产生影响的方式。

这项研究的重点是海藻糖，一种非还原性的双糖，作为多种脊椎动物的营养能量来源。虽然它们自己不能合成它，但许多物种可以用一种名为海藻糖酶的肠道酶消化它，这种酶由Treh基因编码。因为海藻糖经常存在于酵母、真菌、原核生物和无脊椎动物等常见的食物来源中，处理和消化海藻糖的能力为能够消化海藻糖的动物提供了能量优势。然而鸟类肠道海藻糖酶的活性要么很低，要么没有。

作者测量了19种鸟类肠道组织匀浆中海藻糖的消化能力，并对其他10种脊椎动物进行了基因组调查作为比较。在这些研究之后，他们对两种哺乳动物和四种鸟类的肠道刷状边界膜(BBM)的消化水解酶进行了蛋白质组学分析。他们发现鸟类的酶活性很低，甚至没有酶活性，一些鸟类的基因组中没有Treh，它们的脑基底膜中也没有酶蛋白。Treh和这种酶都在大鼠和小鼠体内被发现。他们推测，鸟类的共同祖先丢失了关键基因。

为了验证这一假设，他们在基因组调查中包括了与鸟类有着共同祖先的咸水鳄，以及其他几种脊椎动物(包括鱼类、两栖动物、哺乳动物和爬行动物)。他们在所有这些基因组中都发现了Treh，除了鸟类。在所有其他脊椎动物物种中，都在一个保存完好的基因块中发现了这种基因。这些观察结果提供了一个进化窗口，来检测鸟类何时失去了Treh。这个基因和包含它的基因块在地球生命的早期就开始发育:可能是在鲨鱼和鳐鱼以及硬骨鱼分裂之前。在另一项研究中，研究人员发现，在哺乳动物中，一些物种的海藻糖活性的丧失是Treh假化的结果，当一个物种的饮食中不存在海藻糖时。例如，在某些种类的蝙蝠中，从以昆虫为食到以水果和花蜜为食的转变伴随着突变的积累，导致Treh的假化。在保留以昆虫为食的蝙蝠中，Treh没有被伪化。相比之下，被研究的鸟类并没有通过伪化而失去Treh。他们只是失去了基因。作者的研究表明，这种损失与重新排列和非常紧凑的鸟类基因组的进化同时发生。很可能是在鸟类、恐龙和鳄鱼的进化分裂时期，鸟类失去了产生酶的能力。

这种基因消失的生态后果导致了鸟类以昆虫等常见食物来源可能获得的能量的丧失，超过一半的鸟类以昆虫为食。同样，很少有鸟类会消耗富含海藻糖的真菌，这一事实至少部分地归因于Treh的消失。将它们与蝙蝠等哺乳动物(包括有和没有功能性肠海藻糖酶的物种)进行比较，可以帮助评估这些生态后果是否普遍。