Warum manche Darwinfinken-Nestlinge gelbe Schnäbel haben

In einer in Current Biology veröffentlichten Studie haben Forscher der Universität Uppsala und der Princeton University die genetische Grundlage für den gelben Schnabel einiger Darwinfinken-Nestlinge aufgedeckt.

Vögel sind nicht in der Lage, Carotinoide selbst zu produzieren. Sie erhalten sie durch das Fressen von carotinoidhaltigen Nahrungsmitteln, wie Insekten und Pflanzen. Tatsächlich ist ein Großteil der Unterschiede in den Schnabel-, Bein- und Federfarben, die zwischen den Vogelarten zu beobachten sind, auf Carotinoide zurückzuführen.

Die genetische Grundlage für diese Unterschiede ist jedoch nur unzureichend erforscht, da es nicht möglich ist, aus den Millionen von genetischen Unterschieden zwischen den Arten zu schließen, welche die Unterschiede in der Carotinoidpigmentierung steuern. Wenn jedoch innerhalb einer Art eine Variation auftritt, können die Forscher mit modernen genetischen Methoden die Variation in der DNA-Sequenz identifizieren, die dem sichtbaren Phänotyp zugrunde liegt.

Die Darwinfinken auf Galápagos bieten eine solche Gelegenheit, denn die Schnabelfarbe der Nestlinge mehrerer Arten ist entweder gelb (mit Carotinoiden) oder rosa (ohne Carotinoide). Ein ungewöhnliches Merkmal der Schnabelfarbe des Darwinfinken ist, dass sie nur sichtbar ist, bevor die Vögel das Nest verlassen. Als Erwachsene sind die Schnäbel der meisten Darwinfinken aufgrund der Ablagerung von Melanin vollständig schwarz.

"Wir haben das gesamte Genom von Hunderten von Vögeln mit gelben und rosafarbenen Schnäbeln sequenziert und festgestellt, dass der einzige übereinstimmende Unterschied zwischen diesen Gruppen eine einzige Basenveränderung im Gen BCO2 ist, das für das Enzym Beta-Carotin-Oxygenase 2 kodiert, das Carotinoide abbaut", sagt Erik Enbody, der diese Analyse als Post-Doc an der Universität Uppsala durchgeführt hat.

"Es ist ein wirklich interessantes Gen, das eine bestimmte Art von Carotinoiden abbaut, und die Finken, die die von uns identifizierte Genmutation aufweisen, exprimieren dieses Gen in geringerer Menge, was dazu führt, dass sich das gelbe Carotinoidpigment im Schnabel ablagert", sagt Enbody.

"Wir entdeckten erstmals die Bedeutung von BCO2 für die Steuerung der Carotinoidpigmentierung bei Wirbeltieren, als wir zeigten, dass Haushühner mit gelben Beinen dieses Enzym in der Haut aufgrund einer regulatorischen Mutation in BCO2 nicht exprimieren. Seitdem hat sich gezeigt, dass BCO2 ein Hauptregulator für die Carotinoidpigmentierung bei Wirbeltieren ist, wie die vorliegende Studie zeigt", sagt Leif Andersson von der Universität Uppsala und der Texas A&M University.

Die Mutation kommt bei allen Arten der Darwinfinken auf den Galápagos-Inseln vor, was es den Forschern ermöglichte, den Ursprung der Mutation vor etwa 500.000 Jahren zu bestimmen. Das bedeutet, dass die Mutation, die die Schnabelfarbe steuert, vor der Entstehung vieler der heutigen Darwinfinkenarten entstanden ist.

Die Forscher nutzten die Mutation, um die Variation der Schnabelfarbe bei einigen Darwinfinkenarten über vierzig Jahre hinweg auf einer kleinen Galápagos-Insel zu verfolgen, wobei sie die von Peter und Rosemary Grant an der Princeton University gesammelten Proben verwendeten.

"Wir fanden heraus, dass die Schnabelfarbe des auf Kakteen spezialisierten Finken, des Gemeinen Kaktusfinken, mit der Verfügbarkeit von Kakteen auf der Insel variiert", erklären Peter und Rosemary Grant.

"Da Carotinoide in den Pollen und im Nektar der Opuntia-Kaktusblüten enthalten sind, die die Kaktusfinken verzehren, können sie beeinflussen, wie häufig die gelbe Schnabelfarbe bei Nestlingen vorkommt. Ein Vorteil, den wir festgestellt haben, ist ein höherer Schlupferfolg für die Träger der gelben Mutation, was möglich ist, wenn die Gelbschnabelfinken mehr Carotinoide in ihre Eier einlagern. Carotinoide sind die Grundlage für die gelbe Farbe des Eidotters", so Peter und Rosemary Grant.

"Carotinoidpigmente sind in den Federn und der Haut der verschiedenen Vogelarten allgegenwärtig und sorgen für eine enorme Vielfalt an Farben. Variationen innerhalb der Arten können Hinweise darauf geben, wie sich Unterschiede zwischen den Arten entwickeln, und diese Ergebnisse bei Darwins Finken deuten darauf hin, dass der Selektionsvorteil des Vorhandenseins bzw. Nichtvorhandenseins von Carotinoidpigmenten mit der Ernährung zusammenhängen könnte", sagt Erik Enbody.

Publikation

Erik D. Enbody et al. (2021) A multispecies BCO2 beak color polymorphism in the Darwin’s finch radiation, Current Bioloby, DOI: 10.1016/j.cub.2021.09.085