Sociale interaktioner tilsidesætter genetik, når fugle lærer nye sange

Ny UC San Francisco -forskning finder ud af, at selv om unge mandlige sangfugle er genetisk disponerede for at lyde som deres fædre, beriget tidlig erfaring med en plejefar kan overvinde denne genetiske skæbne. Dette fund har slående konsekvenser for vores tænkning om, hvordan erfaring påvirker genetikken i komplekse menneskelige træk som indlæringsevne eller endda psykiatrisk sygdom, siger forfatterne.

Neurovidenskabsfolk som UCSF's Michael Brainard, Ph.d., har længe studeret sangfugle som den bengalesiske finke (Lonchura striata domestica) som en model for, hvordan kompleks adfærd som menneskeligt sprog formes af tidlig erfaring. Ligesom menneskeligt sprog, en hanfinkes unikke parringssang læres tidligt i livet ved at lytte til og efterligne voksne "undervisere". I naturen, dette er normalt fuglens far, men unge fugle opdraget af ikke-beslægtede voksne i laboratoriet lærer i stedet at synge deres plejefars sang.

Nu har Brainards laboratorium vist, at ikke alle tidlige oplevelser er ens i deres indflydelse på påvirkelige unge fugle:kun udsat for en edb "syntetisk underviser, "unge fugle vender tilbage til at synge som en biologisk far, de aldrig har kendt eller hørt. Undersøgelsen - offentliggjort ugen den 25. december, 2017 i PNAS - foreslår, at finke sang har en stærkere genetisk komponent end tidligere var blevet realiseret, men også at dette genetiske drev kan undertrykkes af den rigtige form for tidlig livserfaring.

"Det, vi så, er, at det genetiske bidrag til en fuglesang afhænger af detaljerne i den fugls oplevelse. Dette er en slående demonstration af, at arvelighed ved kompleks adfærd som fuglesang ikke er fastlagt, som det ofte antages, men i stedet kan variere dramatisk afhængigt af en persons oplevelse, "sagde Brainard, professor i fysiologi og psykiatri ved UCSF, Howard Hughes Medical Institute -efterforsker, og medlem af UCSF Weill Institute for Neurosciences.

Som bemærket, forskere har længe anset, at voksenfuglesangens struktur er domineret af indflydelse fra hvilken sang en fugl hører som en kylling. Imidlertid, David Mets, Ph.d., en postdoktor i Brainard -laboratoriet og den nye avis første forfatter, bemærkede en overraskende variation mellem sangene om individuelle bengalesiske finker i laboratoriet, selv når alle fugle blev udsat for den samme eksperimentelt kontrollerede tutorsang tidligt i livet.

For at afgøre, om disse forskelle kan skyldes et tidligere overset genetisk bidrag til fuglesangen, Mets udviklede et omhyggeligt sæt eksperimenter for at kontrollere bidrag fra genetik og erfaring. Han fjernede æg fra deres reder kort tid efter, at de blev lagt for at sikre, at kyllinger aldrig hørte deres fædres sang, selv i ægget. Han udsatte derefter kun rugerne for omhyggeligt kontrollerede computergenererede sange, som han varierede i tempo i et forsøg på at påvirke tempoet i den sang de unge fugle ville lære.

Til forskernes overraskelse, de fandt ud af, at disse fugle stort set ignorerede tempoet i de syntetiske sange, og udviklede voksen sange med tempoer meget tættere på deres fædres sange - som de aldrig havde hørt. Forskerne kvantificerede denne observation, viser, at 55 procent af variationen i forsøgsfuglenes sange kan forklares med forskelle i deres fædres sange, men kun 21 procent blev drevet af forskelle i den syntetiske sang, de hørte som kyllinger.

I et andet sæt eksperimenter, Mets slap af med den syntetiske underviser og udsatte i stedet finkeunger - som heller aldrig havde hørt deres fædres sange - for uafhængige levende voksne hanner. Forskerne blev igen overrasket over at opdage en fuldstændig vending af de resultater, der blev set med syntetisk vejledning:den levende vejleders sang bidrog med 53 procent til tempoet i de unge fugles voksen sange, med forskelle i deres fædres sange, der kun bidrog med 16 procent.

"Dette var virkelig spændende, fordi det viste, at oplevelsen fra en live -underviser faktisk kan reducere genetikkens bidrag til kompleks adfærd som fuglesang, "Mets sagde." Vi vidste før, at levende undervisere hjalp fugle med at lære bedre og hurtigere, men vi blev overraskede over at opdage, at denne oplevelse faktisk kan tilsidesætte fuglens genetik. "

"Vi har vænnet os til tanken om, at komplekse træk og adfærd kan have en stor genetisk komponent, "Tilføjede Brainard, med henvisning til menneskelige undersøgelser af enæggede tvillinger adskilt ved fødslen, som ikke desto mindre deler overraskende ligheder i ting som deres sans for humor, mode sans, og så videre. "Men disse historier har en tendens til at antage, at den genetiske komponent er fast - akademisk præstation er enten 20 procent genetisk eller 80 procent genetisk. Vi viser her, at genetikens bidrag er alt andet end fast - i tilfælde af akademisk præstation, skolen, du går på, kan godt overvinde ethvert bidrag fra genetik. "

Resultaterne øger muligheden for, at menneskelige genetiske undersøgelser, der ikke tager højde for forskelle i individers oplevelse, kan producere vildledende konklusioner om de genetiske bidrag til kompleks adfærd, Sagde Brainard.

Forskerne håber nu at kunne bruge den bengalesiske finke som model til at undersøge, hvordan genetik og erfaring interagerer i hjernen for at påvirke kompleks adfærd som fuglesang. "Hvor i hjernen er faderens gener og tidlige livserfaringer, der konkurrerer om kontrol over sangtempo?" Spurgte Mets. "Det er det næste virkelig spændende spørgsmål."

Resultaterne tyder også på en bredere mulighed for at forstå de særlige træk ved berigede tidlige oplevelser, der giver dem mulighed for at tilsidesætte genetiske dispositioner, Brainard sagde:"Dette er langt ude i fremtiden, selvfølgelig, men det fremhæver potentialet ved tidlig adfærdsmæssig intervention for at bidrage til at afbøde negative genetiske træk, såsom en disposition for psykiatrisk sygdom. "