Яркое оперение попугаев на удивление уязвимо перед бактериями

Биологи под руководством исследователей из Принстонского университета совершили неожиданное открытие: уникальные пигменты, придающие оперению попугаев яркие красные, оранжевые, желтые и зеленые оттенки, не защищают перья от разрушения бактериями. Напротив, вопреки прежним научным представлениям, именно такие красочные перья разрушаются под действием микроорганизмов быстрее всего. Результаты работы опубликованы в Journal of Experimental Biology.

Загадка уникальных пигментов

Эволюционные биологи давно изучают окраску животных — от павлинов до попугаев. Яркое оперение часто служит сигналом для привлечения партнера, а тусклые тона помогают маскироваться.

Однако пигменты — молекулы, встроенные в ткани пера для создания цвета, — выполняют и другие важные функции, влияя на механическую прочность и терморегуляцию. Например, меланин, который создает темную окраску у многих животных, делает перья физически прочнее и снижает урон от бактерий, питающихся кератином — основным строительным белком перьев.

У попугаев эволюция пошла по особому пути. Если большинство птиц используют каротиноиды — привычные природные пигменты — для получения красных, желтых, оранжевых и розовых оттенков, то у попугаев появились пситтакофульвины. Эта группа пигментов не встречается больше ни у каких других животных на планете. 

Проблематика исследования заключалась в том, чтобы понять, зачем попугаям понадобилась столь уникальная система окраски. В 2010 году ученые выдвинули гипотезу: проанализировав небольшую выборку перьев и распространенную у диких птиц бактерию Bacillus licheniformis, они пришли к выводу, что богатые пситтакофульвинами красные перья также устойчивы к бактериальным атакам, как и черные. Поскольку от состояния перьев зависят полет, терморегуляция и выживание птицы, такая защита могла бы объяснить эволюционный успех этих пигментов.

Масштабная проверка гипотезы

Чтобы перепроверить эту гипотезу, команда ученых под руководством Джерома Р. Али провела масштабный эксперимент. Исследователи собрали тысячи перьев от множества близкородственных видов попугаев — такой подход позволил исключить посторонние различия в свойствах самих перьев. Образцы поместили в жидкий раствор, зараженный бактерией Bacillus licheniformis.

Когда эти микроорганизмы поедают перья, в окружающую жидкость выделяются мелкие фрагменты белка, что дает ученым возможность точно измерить степень разрушения материала.

Итоги эксперимента удивили авторов работы. Как и ожидалось, меньше всего пострадали черные перья с высоким содержанием защитного меланина. Однако красные, оранжевые, желтые и зеленые перья, содержащие пситтакофульвины, разрушились сильнее остальных. В то же время перья без этих пигментов — синие, белые, черные и серые — перенесли воздействие бактерий значительно лучше.

«Мы думали, что пситтакофульвины объединятся с меланином для защиты перьев, поэтому наши результаты оказались совершенно неожиданными», — пояснил ведущий автор исследования, научный сотрудник Нью-Йоркского университета Джером Р. Али. 

По его словам, красные перья буквально распадались, тогда как синие оставались почти нетронутыми, а расхождение с выводами 2010 года объясняется гораздо более обширной и разнообразной выборкой в новом исследовании.

Красота важнее защиты

Пытаясь объяснить столь слабую устойчивость ярких перьев, биологи предположили, что встраивание пситтакофульвинов в кератин может слегка нарушать структуру этого белка, делая его более доступным для ферментов — веществ, с помощью которых бактерии расщепляют ткани пера. Такой эволюционный компромисс имеет важное значение для понимания природы яркой окраски.

«Наши результаты показывают, что давление отбора в пользу развития ярких цветов у попугаев перевешивает потенциальные негативные последствия бактериального разрушения. Другими словами, красота важнее бактерий: попугаи часто бывают красными, оранжевыми, желтыми и зелеными, хотя эти цвета весьма уязвимы для бактериальных атак», — отметила старший автор исследования, профессор экологии и эволюционной биологии Принстонского университета Мэри Кэсуэлл Стоддард.

Перспективы дальнейших исследований

Впрочем, ученые не исключают, что у пситтакофульвинов есть и другая, пока не открытая защитная роль. По своей химической структуре эти пигменты напоминают некоторые известные антимикробные и противогрибковые соединения, поэтому они могут оберегать оперение от других микроорганизмов, помимо изученной в эксперименте бактерии Bacillus licheniformis. Как подчеркнул еще один соавтор работы Александр Дауни из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка, полученные данные показывают, что на окраску перьев влияет целый комплекс факторов, а не только необходимость быть яркими.