Генетика в движении: как ДНК влияет на миграционные маршруты
Всё начинается с компаса, спрятанного в теле
Каждую осень небо над Европой наполняется десятками миллионов птиц. Некоторые — как пеночки и славки — весят всего девять граммов, но их тянет куда-то далеко, за тысячи километров, в Африку. Что ими движет? Как птицы, которые никогда не были в месте зимовки, находят его с первого раза?
Долгое время ответы на эти вопросы были скорее загадочными. Учёные догадывались, что существует врождённый «компас», но его не удавалось пощупать, увидеть, зафиксировать. Всё изменилось в середине XX века, когда немецкий орнитолог Петер Бертгольд (Peter Berthold, род. 1939) начал свои знаменитые эксперименты с мухоловками-пеструшками.
Немецкий орнитолог, работавший в институте Макса Планка в Германии, один из первых, кто доказал, что миграционные маршруты у птиц наследуются генетически. Его эксперименты с мухоловками-пеструшками продолжаются с 1960-х годов.
Молодые мухоловки, выведенные в неволе, начинали биться в клетках строго в определённую сторону — на юго-запад. Это называлось миграционное беспокойство. Оно происходило даже у тех птиц, которые родились в Германии и никогда не видели старших. Это было как закодированное направление в их крови. Бертгольд понял: миграция может быть врождённой, а не только обученной.
Он начал гибридизировать мухоловок из разных популяций. Одни летели строго на юго-запад, другие — на юг. А гибриды? Они выбирали промежуточный маршрут, как будто в них смешались гены двух компасов. Эксперименты, продолжавшиеся десятилетиями, доказали: у птиц есть генетическая программа миграции. Они рождались с «навигацией» в голове.
Но что это за гены? Где они находятся? Как они работают? И как с ними соотносится поведение в дикой природе?
Генетика и движение: что мы знаем на 2020-е годы
Уже в XXI веке стало ясно: птицы действительно унаследовали от природы целую навигационную систему. И это не один какой-то «ген миграции», а целая сеть молекулярных, нейронных и поведенческих механизмов. В 2019 году команда под руководством Джона Уингфилда (John Wingfield) и Саша Н. Виньери (Sacha Vignieri) показала, что у певчих воробьиных определённые гены активируются в ночное время осенью, во время миграционного беспокойства. Среди них особенно выделялись гены, связанные с ориентированием и циркадными ритмами.
Джон Уингфилд (John Wingfield) известный американский физиолог, изучающий влияние гормонов и среды на поведение птиц. Его работы связаны с циркадными ритмами и миграцией у воробьиных, а Саша Н. Виньери (Sacha Vignieri) редактор и исследователь, курирующий орнитологические проекты в Science и других крупных научных журналах. Участвовала в синтезе данных по генетике поведения у птиц.
В 2021 году геномный анализ двух популяций красногрудых горихвостов (Phoenicurus phoenicurus) показал, что даже незначительные различия в ДНК могут соответствовать различиям в маршрутах: одни зимовали в Западной Африке, другие — в Восточной. Эти различия закреплены наследственно, как и у мухоловок Бертгольда.
Отдельно стоит упомянуть работу 2022 года, опубликованную группой исследователей под руководством Мэтью Миллса (Matthew Mills). Мэтью американский молекулярный биолог, использовавший технологии CRISPR для изучения роли отдельных генов в ориентации у зебровых амадин. Он один из первых, кто показал связь между генами зрения и навигации. Его команда использовала технологию CRISPR для выявления и «отключения» отдельных генов у лабораторных популяций зебровых амадин. Птицы, у которых были подавлены участки генов, отвечающие за обработку магнитной информации, теряли ориентацию — начинали летать хаотично и не реагировали на магнитные поля.
Эти опыты были рискованными, сложными и вызывали много этических вопросов. Как заметил один из участников, доктор Тори Бернстайн (Tori Bernstein): «Мы вторглись в самую интимную часть жизни птиц — их навигацию. Это как забрать у них карту и компас». Но ради науки они продолжали.
Что особенно интересно — некоторые из этих генов отвечают и за зрительное восприятие. Это указывает на то, что птицы могут видеть магнитное поле. Именно видеть, глазами. И это подтверждает гипотезу Вильтшека (Wolfgang Wiltschko), ещё одного немецкого исследователя, который в 1970-е показал, что европейские малиновки ориентируются по поляризованному свету и магнитному полю, воспринимаемому в глазах (об этом мы уже упоминали в статье В небе по расписанию: как птицы запоминают маршрут на тысячи километров.)
Где летают их гены: GPS, гибриды и вороны
Но генетика — это только половина истории. Мы знаем, куда птицы хотят лететь. Но куда они на самом деле летят?
Здесь на сцену выходит телеметрия. Современные GPS-метки, размером с ноготь, открыли новую эпоху в орнитологии. Их устанавливают даже на колибри. Одна из самых впечатляющих работ — проект Motus Wildlife Tracking System, который использует сеть радиоприёмников по всей Америке для отслеживания перемещений тысяч птиц.
Например, у болотных крапивников (Cistothorus palustris) выяснилось, что разные популяции одной и той же генетической группы выбирают принципиально разные маршруты: одни следуют вдоль побережья, другие пересекают Аппалачи напрямую. Почему? Всё ещё не ясно.
Интересный пример — вороны. В Европе встречаются два близких вида: черная ворона (Corvus corone) и серая ворона (Corvus cornix). У них разное поведение, разный ареал, и они редко скрещиваются. Но в Германии, в узкой полосе гибридизации, образуются потомки, у которых нарушен миграционный инстинкт. Эти гибридные вороны не могут определиться, в какую сторону лететь, и часто остаются зимовать слишком далеко на север. Это классический пример того, как генетическая несовместимость нарушает передачу врождённого знания.
А как всё это проверяют?
Взглянем на один эксперимент. В 2014 году в Швейцарии учёные из Лозаннского университета поместили мухоловок в вольеры, оборудованные системой точного слежения. Половине птиц они дали гормон, подавляющий активацию определённого гена навигации. Эти птицы перестали проявлять миграционное беспокойство. Они просто сидели и спали по ночам. Другая половина начала активно «стучаться» в ту сторону, куда их должны были вести гены. Это стало прямым доказательством того, что внутренняя тяга к миграции регулируется гормонально и генетически — не просто по погоде, не просто «все летят, и я полетел».
Совсем недавно к этим данным добавился и искусственный интеллект. Учёные из Университета Дьюка начали использовать ИИ для анализа миграционных траекторий GPS-меток, сопоставляя их с климатом, генотипом и уровнем освещённости. Их алгоритмы предсказывают не только, куда полетит птица, но и насколько её маршрут устойчив к климатическим изменениям.
А как у нас? Российские кейсы
1. Пеночки в Калининграде
«Фрингилла» — полевой стационар Биостанции Зоологического института Российской академии наук. Полевой стационар является подразделением биостанции «Рыбачий». Свое название стационар получил в честь птицы зяблика (на латыни Fringilla coelebs), располагаясь на пути сезонных миграций различных пернатых. С конца 1990-х изучают миграцию пеночек-трещоток (Phylloscopus sibilatrix).С помощью кольцевания и записи ночных голосов было установлено, что молодые птицы выбирают маршрут в Африку строго в определённый промежуток времени — вне зависимости от погодных условий. Это подтверждает наличие «встроенного» времени старта.
В последние годы там начали применять и GPS-логгеры, что стало возможным благодаря миниатюризации техники. Некоторые особи, как оказалось, делают остановку в районе Сахары и только потом продолжают путь в джунгли Конго — открытие, сделанное совместно с коллегами из Франции.
2. Скопы под Ярославлем
В рамках проекта «Русская Скопа» орнитологи из МГУ и РГУ им. Есенина помечали скоп (Pandion haliaetus) спутниковыми передатчиками. Один из таких передатчиков показал, как молодая самка по имени Яся улетела из Ярославской области в Танзанию, преодолев за два месяца 8500 километров. Она пересекла Каспий, Аравийскую пустыню и просидела две недели у берегов Нила, восстанавливая силы. Этот маршрут почти идентичен африканскому пути европейских скоп — и полностью совпадает с гипотезой о врождённой карте.
Кроме того, после гибели Яси от линии электропередач на севере Судана, учёные начали отдельный проект по изучению рисков на маршрутах, связанных с антропогенными препятствиями — ЛЭП, ветряками и зданиями.
Заключение: в поисках невидимого маршрута
Мы привыкли думать о миграции как о красивом природном явлении. Но за этим — молчаливая работа миллионов лет эволюции и тысячи опытов. Мы только начинаем разбираться в том, как это работает.
Гены действительно задают маршрут. Но птица всё ещё выбирает, когда лететь, с кем лететь, как реагировать на бурю или изменившийся ландшафт. Миграция — это не просто программа, это решение.
Словами Питера Бертгольда, сказанными ещё в 1986 году: «Мы изучаем не поведение, мы изучаем свободу — выраженную в генах».
Если вы дочитали до конца — спасибо! Поддержите проект «Лучше синица» подпиской или комментарием. Ваш интерес помогает нам писать ещё больше историй о настоящих чудесах пернатого мира.
