Окраска птичьего пера зависит от взаимодействия стволовых клеток

Биологи давно изучают окраску птичьего оперения, но почти все исследования на этот счет касались социальных аспектов того или иного типа окраски. Понятно, что одна расцветка птице нужна, чтобы спрятаться от врага, другая — чтобы соблазнить брачного партнера и т.д. Однако сведения о том, как формируется окраска пера, до сих пор были, в основном, самые общие.

Исследователи из Южнокалифорнийского университета (США), сообщает К. Стасевич (compulenta.computerra.ru), пишут в журнале Science, что окраска в птичьих перьях появляется сложнее, чем можно было представить. Хотя начинается все так, как это происходит, например, в наших волосах: с интенсивного размножения меланоцитов, продуцирующих красящий пигмент меланин. Стволовые клетки, которые производят меланоциты, находятся на дне волосяного фолликула. В случае с пером меланоцитные стволовые клетки тоже сидят у основания фолликула, но образуют при этом что-то вроде кольца.

Вновь сформированные меланоциты уходят в растущее перо, при этом характер окраски зависит от распределения клеток с пигментом и клеток без пигмента. Они чередуются по-разному в зависимости от части пера: например, в центре клетки будут образовывать один узор, по краям — другой, на конце пера — третий и так далее. Более того, характер узора из пигментированных и непигментированных меланоцитов меняется с течением времени. Пока перо растет, стволовые клетки дают начало обоим типам меланоцитов, но потом предшественники меланоцитов «замирают».

Исследователи пересаживали эмбрионам клетки-предшественницы меланоцитов из перьев взрослых особей и наблюдали появление окрашенных перьев у молодых птиц, то есть заснувшие клетки в новом окружении просыпались и начинали работать. Одновременно удалось выяснить, откуда берутся белые, (неокрашенные) перья и вообще чередования окрашенных и неокрашенных участков. Отсутствие окраски, как оказалось, происходит не из-за отсутствия меланоцитов, а из-за того, что они до конца не дифференцируются.

И, наконец, самый главный вывод заключается в том, что на производство окрашенных клеток влияет взаимоположение исходных — стволовых. Иными словами, в зависимости от топологических деталей того кольца, которое образуют клетки-предшественницы меланоцитов, в зависимости от их «упаковки» в этом кольце будет меняться конечный узор конкретного пера. Непосредственно же на синтез пигмента влияет белок Агути (Agouti signal protein, Asip), который включает и выключает синтез меланина.

Следовательно, говорить о прямой генетической регуляции окраски перьев было бы слишком большим упрощением. В действительности тут сходятся вместе несколько механизмов, которые сами по себе довольно просты: отсутствие или наличие меланоцитов, действие гормона и т.д. Эти механизмы совмещаются вместе благодаря топологическому фактору — взаимоположению стволовых клеток меланоцитов в основании пера. Конфигурация меланоцитов определяет остальные регуляторные эффекты и, в конечном счете, обеспечивает окраску пера.