Ученые из Института молекулярной генетики Макса Планка в Берлине и их американские коллеги впервые обнаружили «языковой ген» у певчих птиц. Мутации в этом так называемом гене FOXP2 приводят к специфическим языковым проблемам у людей, особенно в артикуляции и понимании речи. Очевидно, этот ген играет центральную роль в развитии языковых способностей. Теперь нейробиологи смогли показать, что FoxP2 также играет ключевую роль, когда птицы учатся петь.
Ученые из Института молекулярной генетики им. Макса Планка в Берлине и из Университета Дьюка в США обнаружили почти идентичную версию этого гена и затем смогли идентифицировать соответствующий белок именно в тех областях мозга, которые принимают решающее участие в обучении пению. Результаты были опубликованы в выпуске Journal of Neuroscience от 31 марта 2004 г.
Специфически измененный вариант человеческого гена
Еще в 2002 году рабочая группа под руководством Сванте Паабу из Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге сравнила последовательность ДНК интактного гена FOXP2 человека с последовательностью ДНК человекообразных обезьян и мышей. Ученые обнаружили, что ген FOXP2 человека имеет очень специфическую вариацию последовательности, которую они не смогли обнаружить у других видов. Это незначительное изменение могло вызвать целую цепь дальнейших изменений в ходе эволюции; потому что ген FOXP2 обеспечивает основу для фактора транскрипции - белка, который контролирует активность множества других генов. Исследователи из Лейпцига обнаружили доказательства того, что человеческая форма FOXP2 должна была быть выгодна для ее носителя и, следовательно, предположительно связана с развитием человеческого языка.
Научился петь и говорить
В отличие от мышей и человекообразных обезьян, многие виды птиц учат свои песни так же, как люди учатся говорить. Поэтому Констанс Шарфф, руководитель исследовательской группы в Институте молекулярной генетики Макса Планка, хотела выяснить, существует ли вариация последовательности FOXP2, обнаруженная у людей, у поющих птиц. Вместе с Себастьяном Хэслером и коллегами из Университета Дьюка Эрихом Джарвисом и Казухиро Вада они сравнили экспрессию FoxP2 в мозге обучающихся пению птиц, таких как зебровые зяблики, канарейки, попугаи, воробьи, синицы и колибри, а также у непоющих птиц. например лесные голуби. Исследователи также изучили этот ген у ближайших родственников птиц, крокодилов.
Во-первых, их интересовало, когда и где ген экспрессировался в мозгу птицы: были ли это области, ответственные за воспроизведение песни или обучение песне, и был ли ген в первую очередь экспрессирован во время обучения или в фазе производства?? Кроме того, исследователи проанализировали структуру гена певчей птицы и сравнили ее с человеческой формой FOXP2. Они пришли к выводу, что ген FoxP2 у зебровых вьюрков очень похож на человеческий, но не имеет характерных вариаций последовательности, обнаруженных у людей.
«Очевидно, что это изменение не является существенным для обучения пению, по крайней мере, у птиц, - объясняет Констанс Шарфф, - или существует какая-то другая вариация в гене певчей птицы, которая привела к этой способности. совместно с учеными Макса Планка из Лейпцига Шарфф хочет выяснить, обнаруживает ли сравнение последовательностей между геном FoxP2 у обучающихся и не обучающихся песен различий, аналогичных тем, которые существуют между людьми и шимпанзе.
Экспрессия генов, развитие и сезонность
Исследователи совершенно уверены в определении соответствующих областей мозга - FOXP2 действительно экспрессируется у птиц, как и у млекопитающих, включая людей, в базальных ганглиях в то время, когда птицы изучают паттерны песен. У зебровых вьюрков это период раннего развития, а у канареек - сезонный. «Мы обнаружили, что уровень FoxP2 в ядрах базальных ганглиев, которые специализируются на обучении песням, увеличился ровно в то же время, когда птицы изменили свою песню», - объясняет Шарфф. «Мы не смогли продемонстрировать сопоставимые изменения у непоющих видов».
На основе этих результатов исследователи надеются получить более глубокое представление о вкладе генов в архитектуру и функции цепей в мозге, которые контролируют пение птиц. Открытие FoxP2 у птиц - это только начало, так как еще не доказано, предупреждает Шарфф, что этот ген необходим для обучения пению. Поэтому попытки генетически модифицировать FoxP2 и изучить возможное влияние на пение птиц занимают важное место в их рабочей программе.