Животным свойственно менять свое местоположение и всегда быть в движении. Иногда эти действия действительно эпические. Перелетные птицы регулярно пересекают земной шар между умеренными и тропическими регионами - подвиг, который потребовал бы значительной защиты от болезней, если бы вы или я попытались его совершить.
Например, афро-палаарктические перелетные птицы дважды в год пролетают тысячи километров между местами зимовки в тропической Африке и местами размножения в Европе. Другие перемещения могут быть более постоянными, например, когда виды колонизируют новые регионы. По мере того как они мигрируют или колонизируют новые районы, они подвергаются воздействию совершенно новых сообществ патогенных микроорганизмов - возбудителей болезней, таких как бактерии и вирусы. Но какое влияние эти невероятные путешествия оказывают на их иммунную систему?
В нашем новом исследовании мы с моими коллегами составили карту происхождения европейских и африканских певчих птиц, чтобы посмотреть, как развивалась их иммунная система по мере того, как они колонизировали новые области и начали мигрировать. То, что мы обнаружили, было удивительно: Европейские и перелетные певчие птицы пришли из Африки. И эта миграция и колонизация новых мест обитания изменили их иммунную систему таким образом, что им больше не нужно беспокоиться об африканских патогенных организмах.
Ученые долго спорили о направлении путей колонизации между Европой и Африкой - прилетели ли европейские птицы из Африки, или африканские птицы прилетели из Европы? Чтобы ответить на этот вопрос, мы реконструировали прошлые распределения более 1300 африканских и европейских певчих птиц за последние 45 м лет, основываясь на том, где они живут сейчас и как они связаны, их генеалогии.
Изученные нами птицы делятся на две основные группы: виды, которые живут круглый год либо в Африке, либо в Европе (резиденты), и виды, которые мигрируют, чтобы размножаться в Европе и проводить свои зимы в Африке (мигранты). Мы видели, что у местных европейских певчих птиц есть африканские предки, что говорит о том, что колонизация происходит из Африки и в Европу. Аналогичным образом, мигрирующие виды также имеют африканское происхождение, что указывает на то, что миграция развивалась по мере того, как африканские виды перемещали свои ареалы размножения в Европу.
Внеафриканское направление перемещения как перелетных, так и местных песчаных птиц означает, что эти виды перемещались из регионов с высоким уровнем патогенов в регионы с низким уровнем патогенов, поскольку ближе к экватору находится больше болезнетворных микроорганизмов. Чтобы увидеть, как такое снижение давления патогенов влияет на иммунную систему этих видов, мы посмотрели на подгруппу птиц и изучили их генетические профили.
Мы сосредоточились на генах, участвующих в распознавании патогенов, известных как гены основного комплекса гистосовместимости (MHC), которые жизненно необходимы для того, чтобы иммунная система реагировала на угрозы. Чем выше разнообразие генов MHC, которыми обладает индивидуум, тем больше патогенов он может потенциально распознать.
Мы сравнили резидентных европейских птиц (мигрировавших из Африки и колонизировавших Европу) с резидентными африканскими птицами, чтобы выяснить, есть ли различия в разнообразии их генов MHC. Как и ожидалось, мы обнаружили, что у видов, покинувших Африку, набор генов иммунитета был менее разнообразен.
Другими словами, эволюция показала, что у видов есть необходимая им иммунная система, а сложность иммунной системы теряется, если птицы перемещаются в район с меньшим количеством болезнетворных микроорганизмов. Одна из причин такой потери сложности может заключаться в том, что излишне сложная иммунная система может быть эволюционным недостатком, так как она может увеличить риск повреждения от неправильно направленных иммунных реакций, например, при аутоиммунных заболеваниях.
А как же перелетные птицы? Это интересный случай, так как они размножаются в Европе, но большую часть года проводят в богатой патогенами Африке. Этим птицам приходится иметь дело с патогенами, присутствующими как в Европе, так и в Африке. Мы ожидали, что эти перелетные виды обладают самым разнообразным набором генов иммунитета из всех исследованных нами видов.
Удивительно, но это было не так. Мигранты имели такое же разнообразие MHC, как и европейские виды. То есть, мигранты на самом деле имели менее разнообразные гены иммунитета, чем виды, которые живут в Африке круглый год.
Так что происходит? Как я уже упоминал, перелетные птицы улетают из Африки в Европу для размножения. При этом они, кажется, избавляются от патогенных микроорганизмов. Это показывает, что сезон размножения является особенно благоприятным периодом для развития иммунной системы у этих птиц.
Возможно, это происходит потому, что во время размножения они особенно уязвимы к патогенным микроорганизмам, так как их ресурсы отвлекаются на воспроизводство. Другая возможность заключается в том, что именно тогда они впервые сталкиваются со многими патогенными микроорганизмами (в виде птенцов), что делает этот период влиятельным на иммунную систему. В любом случае, размножение в Европе, в отличие от Африки, по-видимому, значительно сократило количество патогенов, с которыми этим птицам приходится справляться.