Агрессивность и территориальное поведение белошейных зонотрихий зависят от работы одного гена, который входит в состав более крупного супергена. К такому выводу пришли исследователи, проанализировав поведение двух морф этого вида, отличающихся окраской и поведением. Оказалось, что различия между агрессивными и более мирными птицами зависят от экспрессии гена, который кодирует рецептор гормона эстрадиола. Как отмечают исследователи в статье для журнала , это один из немногих случаев, когда черты поведения удалось связать с конкретными генетическими вариантами.
Многие особенности поведения животных имеют наследственную природу и изменяются в процессе естественного отбора. К сожалению, ученым непросто связать конкретные гены и генетические комплексы с поведенческими чертами. До сих пор сделать это удалось лишь для отдельных видов. Например, у полевок из рода изменчивость генов, связанных с вазопрессиновой системой, отражается на способности отдельных особей взаимодействовать с сородичами. А у куликов турухтанов () хромосомная инверсия влияет на репродуктивную стратегию самцов.
Несколько десятилетий назад орнитологи обнаружили у белошейных зонотрихий (), североамериканских певчих птиц из отряда воробьинообразных, инверсию на второй хромосоме, которая охватывает около тысячи генов. Она получила название . У особей обоего пола, несущих вариант на одной из двух хромосом, брови окрашены в ярко-белый цвет. У их сородичей, которые не имеют данной особенности, то есть гомозиготны по стандартному варианту , брови имеют бежевый оттенок. Почти все пары состоят из птиц, принадлежащих к двум различным морфам, что позволяет сохраниться в популяции.
Помимо окраски, влияет на склонность зонотрихий к агрессии. Наблюдения в дикой природе и в неволе показали, что белобровые особи намного драчливее птиц с бежевыми бровями и более яростно защищают территорию. Редко встречающиеся особи, которые имеют две копии , отличаются еще большей агрессивностью.
Команда специалистов во главе с Дженнифер Мерритт (Jennifer R. Merritt) из Университета Эмори решила выяснить, как именно вариант повышает агрессивность зонотрихий. Из предыдущих исследований им было известно, что его наличие связано с повышенным уровнем гормонов тестостерона и эстрадиола, которые связаны с агрессией и территориальным поведением. Однако искусственное снижение концентрации данных веществ не сделало носителей более мирными.
Исследователи предположили, что наличие не увеличивает экспрессию стероидных гормонов, а повышает чувствительность к ним. На это указывает тот факт, что в состав данной инверсии (авторы рассматривают ее в качестве супергена) входит ген , который кодирует эстрогеновый рецептор α. Варианты данного гена в составе и отличаются между собой и, скорее всего, поведенческие различия морф связаны с мутациями в регуляторных последовательностях .
Воспользовавшись антисмысловыми олигонуклеотидами, члены команды подавили экспрессию в миндалевидном теле зонотрихий. В результате драчливость белобровых особей снизилась до того же уровня, что и у их сородичей с бежевыми бровями. При этом у обработанных белобровых птиц, в отличие от сородичей из контрольной группы, искусственное введение эстрадиола не провоцировало повышение агрессии. Так авторы подтвердили идею, что различия в агрессивности двух морф зонотрихий связаны с работой эстрогенового рецептора α.
Анализ экспрессии в мозге и культурах тканей зонотрихий показал, что его активность регулируется как генетическими, так и эпигенетическими факторами — например, метилированием регуляторных участков. У особей с вариантом количество метильных меток было выше. Кроме того, оказался связан с сетью из 157 генов, 115 из которых расположены внутри супергена .
Также исследователи оценили агрессивность нескольких диких самцов зонотрихий, проиграв им голос соперника, после чего птиц отловили и изучили их мозг. Оказалось, что уровень экспрессии супергена в мозге птицы хорошо предсказывает степень территориального поведения. При этом экспрессия отличается у разных морф по крайней мере в трех областях мозга. Если в миндалине данный рецептор активнее вырабатывается у белобровых самцов, то в медиальной преоптической области и гипоталамусе его уровень выше у самцов с бежевыми бровями. Это делает последних менее агрессивными, но заставляет больше вкладываться в заботу о потомстве.
Белошейными зонотрихиями интересуются не только генетики, но и специалисты по эволюции культуры. Недавно мы рассказывали об исследовании, авторы которого проследили, как менялся репертуар этих птиц на протяжении последних десятилетий. Оказалось, что всего за шестьдесят лет «вирусная» песня зонотрихий, зародившаяся на западе Северной Америки, почти полностью вытеснила традиционный вариант.