Манакин научился брачному танцу благодаря диете

Эволюционные биологи давно предполагали связь между доступностью пищи и брачным поведением. У манакинов самцы не помогают строить гнезда и кормить птенцов: вместо этого они собираются на токовищах и соревнуются за внимание самок с помощью акробатических прыжков и яркого оперения.

Считалось, что обилие сахаров и липидов во фруктах позволяет самкам растить потомство в одиночку, давая самцам время на конкуренцию. Однако науке не хватало генетических и физиологических доказательств того, что смена питания исторически предшествовала появлению сложных ритуалов.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Current Biology, отсеквенировали геномы пяти видов токующих манакинов и сравнили их с родственными видами певчих птиц. Ученые проанализировали нуклеотидное разнообразие на половых Z-хромосомах и аутосомах с помощью метода RAD-seq, а также выявили гены, которые подвергались положительному отбору.

Далее биологи восстановили предковые последовательности генов рецепторов вкуса (T1R1-T1R3) и пищеварительного фермента лактазы-флоризин гидролазы (LPH). Исследователи клонировали эти гены, внедрили их в культуры человеческих клеток HEK293T и проверили in vitro, как полученные белки реагируют на сахара и растительные токсины (гликозиды). В финале наложили данные о диете, оперении и типах родительской заботы на филогенетическое древо, чтобы смоделировать последовательность эволюционных сдвигов.

Оказалось, что генетическое разнообразие половой Z-хромосомы у манакинов аномально упало: соотношение Z/A составило от 0,39 до 0,65 при норме 0,75. Этот генетический след подтверждает высокую интенсивность полового отбора. Поскольку на токовищах спаривается лишь малая часть самцов, большинство их генов не передается дальше, формируя «бутылочное горлышко» для хромосомы.

Физиологические тесты выявили, что манакины независимо от других птиц научились распознавать сладкий вкус. Они перепрофилировали рецептор мясного вкуса (умами) с помощью 22 точечных аминокислотных замен. Одновременно с этим у манакинов резко снизилась активность фермента LPH. У млекопитающих он расщепляет молочный сахар, а у птиц — растительные гликозиды. Авторы научной работы предположили, что ослабление функции этого фермента позволяет токсинам из незрелых фруктов проходить через пищеварительный тракт транзитом, не превращаясь в активный яд.

Макроэволюционная модель показала, что генетические перестройки вкуса и пищеварения возникли у общих предков манакинов до того, как самцы перестали заботиться о потомстве. Яркое оперение и сверхбыстрые мышцы, необходимые для танцев, сформировались на самых поздних этапах эволюции вида.

Физиологическая адаптация к новой экологической нише стала эволюционным фундаментом для манакинов. Благодаря перестройке метаболизма птицы смогли есть питательные фрукты. Это обеспечило энергетический избыток, который природа направила на развитие одного из самых конкурентных и визуально сложных брачных поведений на планете.