鸟类拥有比人类更好的非凡空间记忆的遗传原因

山雀有非凡的空间记忆力，在冬天能回忆起成千上万的食物贮藏地。研究人员发现，近100个基因与这种能力有关，这表明在长期记忆和形成新记忆之间存在权衡。在科罗拉多大学博尔德山研究站，一只山雀正在吃喂食器里的种子。

　　

山雀通过回忆大量的食物贮藏地点，表现出了非凡的空间记忆，从而在冬季生存下来，新的研究揭示了这一特征的遗传基础及其对适应的影响。

钥匙丢了?不记得你把车停在哪了?要是你有山雀的记忆力就好了。

这些微小的鸟，每只重半盎司，大脑只比豌豆大一点，在树皮、枯叶下和山上的松果等不同的藏身之处储存着成千上万的种子。随着冬天的到来，它们能够记住这些贮藏物的精确位置，这是一种帮助它们在严冬和大雪中生存下来的非凡能力。

在最近发表在《Current Biology》杂志上的一项新研究中，科罗拉多大学博尔德分校和内华达大学里诺分校的研究人员发现了近100个与鸟类空间记忆或回忆物体位置的能力有关的基因。这篇论文还指出，在拥有稳固的长期记忆和能够迅速抛弃旧记忆形成新记忆之间，可能存在一种潜在的权衡。

这一发现可以帮助生物学家更好地理解包括人类在内的动物空间记忆的进化。

“山雀是令人印象深刻的鸟类，”科罗拉多大学博尔德山研究站主任、生态和进化生物学副教授Scott Taylor说。“它们可以记住整个冬天储存食物的数万个地点，并在下一个冬天储存新的食物。它们的空间记忆比许多其他鸟类要发达得多，这些鸟类不需要采取这种策略来度过寒冷的冬天。”

为了评估野生山雀的空间记忆，Taylor在内华达大学里诺分校的合作者在生物学教授Vladimir Pravosudov的带领下，设计了一个巧妙的测试。他们在加州内华达山脉悬挂了多个喂食器阵列，每个阵列有八个带种子的喂鸟器。每个喂食器都有一个带射频阅读器的门，可以探测到研究人员给山雀戴上的标签。然后，研究小组将每扇门设置为只对特定的鸟开放，这样山雀就必须记住向它们开放的喂食器的位置。

然后，Pravosudov和他的团队计算了每只山雀在回忆起正确的喂食器之前降落在错误喂食器上的次数。该理论认为，具有更好空间记忆的鸟类的错误率会更低。

利用血液样本，科罗拉多大学博尔德分校的研究小组还对162只被标记的山雀的整个基因组进行了测序，创建了迄今为止收集的最大的数据集，用于评估山雀认知能力的遗传基础。通过比较这些鸟的基因组和它们在喂食器测试中的表现，研究小组确定了97个与山雀空间学习和记忆有关的基因。在这些基因上有特定基因变异的鸟类，在降落到指定的喂食者身上之前，错误的尝试较少。

根据论文合著者、生态与进化生物学系博士生Sara Padula的说法，这些变异中的很大一部分与海马体中的神经元形成有关，海马体是大脑中负责学习和记忆的部分。

Taylor说:“了解这种特征的遗传基础将使我们了解这种特征是如何进化的。”

Taylor指出，所有北美山雀的共同祖先都储存食物。但在这里发现的七种山雀中，有两种没有。

“他们生活在一个温和的环境中，那里全年都有食物。现在我们知道了空间记忆的基因区域，我们可以看看这些失去缓存的物种的变异是什么样子的。这项研究极大地推进了我们对鸟类空间记忆遗传学和更广泛的行为遗传学的理解，”该论文的合著者、生态和进化生物学系的研究助理Georgy Semenov说。

一个平衡

具有非凡空间记忆能力的山雀可以活到9年，这对一只小鸟来说是很长的时间了，Taylor说。但这项研究表明，拥有良好的长期记忆力可能是有代价的。

在最初的任务进行了几天后，Pravosudov的团队给这些鸟分配了新的喂食器。

令研究小组惊讶的是，在最初的测试中表现较好的山雀往往很难切换到新的喂食器。他们似乎很难放弃最初的记忆并创造新的记忆。

“在一个更多变的环境中，我们的合作者发现，拥有良好长期记忆的山雀可能会有劣势。例如，如果有一场意想不到的暴风雪，这些鸟可能会继续试图访问被埋在雪中的贮藏物，而不是忘记它们，寻找其他贮藏物，”Padula说。

变化的气候

面对快速变化的气候，能够快速形成新记忆的鸟类可能会生存得更好。

Taylor说:“由于气候变化，我们可以预期，这些几千年来塑造山雀特殊记忆的选择压力会发生重大变化。”

今年冬天，Taylor和他的团队在博尔德以西的大学山地研究站建立了同样类型的馈线阵列。

在过去的一百万年里，落基山脉的山雀与内华达山脉的山雀独立进化。研究小组希望调查这两种鸟类是否在不同的地理区域以相同的方式进化出空间记忆。

研究小组还对黑冠山雀(与落基山脉的山雀共存)是否表现出不同的空间记忆能力感兴趣。在即将到来的冬季，他们将继续在山区研究站进行喂食实验，以收集更多的数据。

“我们不需要去像南极洲这样的偏远地区研究动物如何应对气候变化。我们可以用大多数北美人熟悉的这些鸟来做。我认为这是山雀的特别之处，”Taylor说。

参考文献：“Genes and gene networks underlying spatial cognition in food-caching chickadees” by Georgy A. Semenov, Benjamin R. Sonnenberg, Carrie L. Branch, Virginia K. Heinen, Joseph F. Welklin, Sara R. Padula, Ajay M. Patel, Eli S. Bridge, Vladimir V. Pravosudov and Scott A. Taylor, 17 April 2024, Current Biology.