鸟类是动物界最绚丽多彩的成员之一，它们利用各种鲜艳的色彩装饰自己的羽毛和喙部，构成了自然界中最令人惊叹的视觉盛宴。
鸟类如何获得这些令人眼花缭乱的颜色呢？与其他生物一样，最常见的方法是利用色素。鸟类是色素运用方面的专家，它们要么从食物中获取色素，要么自行合成。
然而，这并非鸟类色彩的全部秘密。它们还能通过精巧地改变羽毛的微观结构来产生颜色，这就是所谓的结构色，鸟类在结构色的运用上同样技艺超群。
在色素方面，大多数拥有鲜红色、橙色和黄色羽毛或喙的鸟类都依赖于一类名为类胡萝卜素的色素。然而，鸟类自身无法合成类胡萝卜素，必须从植物性食物中获取。
鹦鹉是一个例外，它们进化出了独特的合成色素的能力，这种色素被称为鹦鹉黄素。
虽然科学家们早已了解这些不同的色素，但鸟类如何利用这些色素来产生颜色变化的生化和遗传机制长期以来却鲜为人知。
最近的两项独立研究为解答这一谜题提供了重要的线索。其中一项由丹尼尔·胡珀领导，发表在《当代生物学》上；另一项由葡萄牙生物学家罗伯托·阿博雷领导，发表在《科学》上。这两项研究都汇集了大量国际科研人员，运用基因测序的最新技术，深入研究了决定鹦鹉和雀类羽毛颜色变化的基因组区域。
令人惊奇的是，尽管鹦鹉和雀类利用不同的色素（鹦鹉利用自身合成的鹦鹉黄素，雀类利用从食物中获取的类胡萝卜素）来呈现多彩的羽毛，但科学家却发现它们的色彩进化途径惊人地相似。
发表在《科学》上的研究以琥珀鹦鹉（Pseudeos fuscata）为研究对象，这种鹦鹉原产于新几内亚，羽毛颜色呈现黄色、橙色或红色。研究发现，其羽毛颜色的变化与一种名为ALDH3A2的酶密切相关，该酶负责将红色的鹦鹉黄素转化为黄色。羽毛中ALDH3A2酶的含量决定了鹦鹉羽毛最终呈现的颜色：酶含量高则为黄色，酶含量低则为红色。
这项研究还表明，这种酶也解释了许多其他鹦鹉物种的颜色变化，这些物种独立进化出了从黄色到红色的颜色渐变。
发表在《当代生物学》上的研究则以长尾草雀（Poephila acuticauda）为研究对象，这是一种原产于澳大利亚北部的鸣禽，具有不同喙色的杂交亚种：黄喙亚种和红喙亚种。
由于鸟类从食物中摄取的大多数类胡萝卜素都是黄色或橙色，因此为了产生红色，鸟类必须改变这些色素的化学性质。该研究调查了野生长尾草雀的喙色变异及其基因组变异，结果表明，CYP2J19和TTC39B这两个基因共同作用，将食物中的黄色类胡萝卜素转化为红色类胡萝卜素。而长尾草雀的黄色喙则似乎是基因突变的结果，这种突变在喙部关闭了相关基因，而在身体其他部位（如眼睛）则保持这些基因的活性。通过比较长尾草雀和其他雀类的基因组，研究人员推测现代长尾草雀的祖先拥有红色的喙，而如今黄喙的突变正在逐渐普及。
长尾草雀研究的图解摘要，图片来源：Daniel Hooper等人
这两项研究共同揭示了鸟类颜色背后的生化和遗传机制。在鹦鹉和雀类中，导致黄色变红的突变并未改变相关酶的功能，而是影响了这些酶的活性位点和时间。这就好比安装一个调光器来调节灯光亮度，而非更换整个灯具。研究还表明，在野生种群中，仅仅几个基因的突变就能显著改变色素的化学结构，从而产生红色和黄色的差异。关键在于，酶通过向色素分子中添加一个氧原子来改变其化学结构，从而使得鹦鹉的鹦鹉黄素从红色变为黄色，雀类的类胡萝卜素则从黄色变为红色。
自达尔文用鸟类的颜色来阐述自然选择进化论以来，鸟类颜色的进化一直是生物学研究中的热点。这两项新研究向我们展示了，仅仅几个基因的突变和一个氧原子的添加，就能如何显著地改变鸟类的颜色，创造出外观上截然不同的新形态。这种新形态可能在进化中具有重要意义，例如，它们可能对某些潜在配偶更具吸引力，而被其他配偶所排斥，最终可能导致新物种的形成。细致观察周围的鸟类，我们会发现近亲物种之间最明显的区别往往在于颜色。大自然的奇妙之处，有时就在于一个氧原子的改变，就能造就物种间的巨大差异。
参考文献：
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