Социальные взаимодействия преодолевают генетику при обучении птиц новым песням

Новое исследование Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) показывает, что хотя молодые самцы певчих птиц генетически предрасположены петь, как их отцы, обогащённый ранний опыт с приёмным отцом может преодолеть эту генетическую судьбу. По словам авторов, это открытие имеет серьёзные последствия для нашего понимания того, как опыт влияет на генетику сложных человеческих черт, таких как способность к обучению или даже психические заболевания.

Нейробиологи, такие как Майкл Брейнард (Michael Brainard, Ph.D.) из UCSF, давно изучают певчих птиц, например, бенгальских амадин (Lonchura striata domestica), как модель того, как сложное поведение (вроде человеческой речи) формируется ранним опытом. Как и человеческая речь, уникальная брачная песня самца амадины изучается в раннем возрасте путём прослушивания и подражания взрослым «учителям». В природе это обычно отец птицы, но молодые птицы, выращенные неродственными взрослыми в лаборатории, выучат песню своего приёмного отца.

Теперь лаборатория Брейнарда показала, что не весь ранний опыт одинаково влияет на впечатлительных молодых птиц: если их знакомят только с компьютерным «синтетическим учителем», молодые птицы возвращаются к пению, похожему на песню биологического отца, которого они никогда не знали и не слышали. Исследование, опубликованное на неделе 25 декабря 2017 года в PNAS, предполагает, что песня амадины имеет более сильный генетический компонент, чем считалось ранее, но также что это генетическое влияние может быть подавлено правильным типом раннего жизненного опыта.

«Мы увидели, что генетический вклад в песню птицы зависит от специфики её опыта. Это яркая демонстрация того, что наследуемость сложных форм поведения, таких как птичья песня, не фиксирована, как часто предполагается, а может сильно варьироваться в зависимости от опыта конкретной особи», — сказал Брейнард.

Как отмечалось, исследователи долгое время считали, что структура взрослой птичьей песни в основном определяется влиянием той песни, которую птица слышит птенцом. Однако Дэвид Метс (David Mets, Ph.D.), постдок в лаборатории Брейнарда и первый автор новой статьи, заметил удивительно большое разнообразие в песнях отдельных бенгальских амадин в лаборатории, даже когда все птицы слышали одну и ту же контролируемую экспериментатором песню-учителя в раннем возрасте.

Чтобы определить, могут ли эти различия быть вызваны ранее упущенным генетическим вкладом в песню птиц, Метс разработал тщательный набор экспериментов для контроля вклада генетики и опыта. Он забирал яйца из гнёзд вскоре после их откладки, чтобы птенцы никогда не слышали песню своих отцов, даже в яйце. Затем он знакомил вылупившихся птенцов только с тщательно контролируемыми компьютерными песнями, варьируя их темп, чтобы повлиять на темп песни, которую выучат молодые птицы.

К удивлению исследователей, эти птицы в значительной степени игнорировали темп синтетических песен и развивали взрослые песни с темпом, гораздо более близким к песням их отцов — которых они никогда не слышали. Исследователи количественно оценили это наблюдение, показав, что 55% изменчивости в песнях экспериментальных птиц можно объяснить различиями в песнях их отцов, но только 21% — различиями в синтетической песне, которую они слышали птенцами.

Во втором наборе экспериментов Метс отказался от синтетического учителя и вместо этого знакомил птенцов амадин — которые также никогда не слышали песни своих отцов — с неродственными живыми взрослыми самцами. Исследователи снова с удивлением обнаружили полный разворот результатов, наблюдаемых с синтетическим обучением: песня живого учителя вносила 53% вклада в темп взрослых песен молодых птиц, а различия в песнях их отцов — только 16%.

«Это было действительно захватывающе, потому что показало, что опыт, предоставляемый живым учителем, может фактически уменьшить вклад генетики в сложное поведение, такое как птичья песня», — сказал Метс.

«Мы привыкли к мысли, что сложные черты и поведение могут иметь большой генетический компонент», — добавил Брейнард. — «Но эти истории склонны предполагать, что генетический компонент фиксирован — академические достижения либо на 20%, либо на 80% генетические. Мы показываем здесь, что вклад генетики — всё что угодно, но не фиксирован».

Выводы поднимают возможность того, что человеческие генетические исследования, которые не учитывают различия в опыте людей, могут приводить к вводящим в заблуждение выводам о генетическом вкладе в сложное поведение, сказал Брейнард.

Исследователи теперь надеются использовать бенгальскую амадину как модель для изучения того, как генетика и опыт взаимодействуют в мозге, влияя на сложное поведение, такое как птичья песня. «Где в мозге гены отца и ранний жизненный опыт соревнуются за контроль над темпом песни? Это следующий действительно захватывающий вопрос», — спросил Метс.

Результаты также предполагают более широкую возможность понять конкретные особенности обогащённого раннего опыта, которые позволяют ему преодолевать генетические предрасположенности, сказал Брейнард: «Это, конечно, далёкое будущее, но это подчёркивает потенциал раннего поведенческого вмешательства для помощи в смягчении негативных генетических черт, таких как предрасположенность к психическим заболеваниям».