翠鸟在高速俯冲时如何避免脑震荡

俯冲的翠鸟（如图所示）以高达每小时 40 公里（25 英里）的速度撞击水面。这些撞击可能会损坏鸟喙、头部和大脑。

头盔对这些鸟来说不是个选择。幸运的是，翠鸟的基因可能会在它们将喙先扎入水中时保护它们。

正如它们的名字所暗示的那样，有些种类的鸟类会捕鱼。为了捕鱼，它们会高速潜入池塘或河流。速度有多快？最高可达每小时 40 公里（25 英里）。这给它们的头部带来了巨大的压力。香农·哈克特 (Shannon Hackett) 说，当鸟类一次又一次地俯冲时，它们的头部会受到撞击，而撞击的方式可能会导致人类脑震荡。她是伊利诺伊州芝加哥菲尔德博物馆的馆长。

潜水翠鸟的大脑、眼睛和血管中活跃的某些基因存在差异。这些数据表明，不同种类的潜水翠鸟可能已经适应了一些相同的头部朝下捕猎方式。这些差异可能表明鸟类如何应对头部受到如此多的撞击。

哈克特团队于10月24日在《通讯生物学》杂志上分享了他们的新发现。

哈克特是一名进化生物学家，她在儿子的曲棍球队工作时，第一次对头部反复撞击产生了兴趣。她担心所有这些撞击对人类大脑的影响。这让她想知道翠鸟潜水是如何保护大脑的。大约在同一时间，进化生物学家查德·埃利亚森加入了博物馆。他的工作是：研究翠鸟及其潜水行为。

哈克特、埃利亚森和来自其他许多组织的研究人员比较了30 种翠鸟的DNA。其中一些翠鸟会俯冲，而另一些则不会。研究小组从博物馆冷冻并储存的翠鸟身上采集了样本。这些鸟来自世界各地。

不同翠鸟种群的潜水行为是各自进化的。研究小组想知道具有相同行为的物种是否有类似的基因变化。当不同物种独立进化出类似的变化时，这被称为趋同。例如，蝙蝠和海豚独立发展出回声定位。（这是一种利用声音感知动物周围环境的方式。）但目前尚不清楚潜水是否是通过趋同进化而来的。

先前的研究发现，鸟类的喙形状趋于一致。俯冲翠鸟的喙又长又尖。这可以使它们更有效地潜入水中。哈克特想知道，“它们的喙、大脑……以及基因是否都以相同的方式（适应俯冲）？”

深入探究

研究小组发现 93 个基因发生了变化，这似乎表明潜水鸟类的基因趋同。其中一个变化引人注目。它是一种制造 tau 蛋白的基因。tau 帮助细胞保持其结构。研究人员现在提出，对 tau 基因进行调整可以帮助鸟类适应潜水。

有时 tau 功能异常。它聚集在多次脑震荡患者的大脑中。tau 团块也可能预示着脑部疾病，例如阿尔茨海默氏症。

“这是一个非常有趣的假设，即相同的 [tau] 蛋白被重新使用”来帮助翠鸟应对严重撞击，蒂姆·萨克顿说。他是一位遗传学家，没有参与这项新研究。他在马萨诸塞州剑桥市的哈佛大学工作。

萨克顿提醒说，这项研究使用了一种棘手的分析方法。这 93 个基因变化中的一些可能是偶然的。也就是说，它们可能与跳水行为的进化无关。他说，人们需要更仔细地研究这些变化，才能找出哪些变化实际上与这种行为有关。

下一步是测试这些基因变化对翠鸟的影响。一个大问题是改变后的 tau 基因产生的蛋白质的影响。另一个问题是基因差异如何保护潜水物种。

哈克特说：“我们还有很长的路要走”，才能理解基因如何“变成我们在自然界中看到的东西”。但有一天，这个答案可能会被用于保护人类大脑免受脑震荡和脑损伤。

但哈克特说，这还只是遥远的未来。“我们才刚刚开始思考这些问题。”