蜂鸟如何为它们的快速飞行提供动力

蜂鸟是世界上最小的鸟。它们实际上可以在半空中盘旋，在鸟类中是独一无二的，它们可以向后和倒立飞行。其中最快的一只翅膀每秒钟扇动80次以上。所有这些空中特技都需要一些独特的能量和新陈代谢技巧——菲尔·桑索姆从约翰·霍普金斯医学院的阿里尔·格什曼那里听说，他一直在试图找出基因中是什么让这一切成为可能……

我们对蜂鸟的代谢通量很感兴趣。它们能够维持极高的新陈代谢和极高的血糖，对大多数人来说，这被认为是糖尿病;但蜂鸟能够做到这一点，而不会患上任何与糖尿病相关的疾病，比如失明、肾病，以及人类长期保持高血糖经常会遇到的所有其他问题。

菲尔-通量部分是什么?它的变化是否非常快?

阿里尔-通量就是他们能够做到的快速变化。所以当蜂鸟进食时，它们从花蜜中摄取糖，它们几乎可以完全利用糖来促进新陈代谢，或者它们如何分解糖来产生能量。但一旦它们停止进食，它们必须迅速改变新陈代谢，以便能够利用储存在体内的脂肪来获取能量，为它们能够完成的极其昂贵的悬停飞行提供动力。因此，如果它们不能如此迅速地转换新陈代谢，从进食状态转换到禁食状态，它们就无法继续飞行。

菲尔:哦，天哪，这听起来就像那些在冬天冬眠，然后在夏天吃完所有东西的动物，但是在什么时候，几分钟?

艾丽尔-是的。在30分钟的过程中，他们能够快速地将这种进食代谢转换为禁食代谢。

菲尔:你到底在做什么来研究你所说的这种代谢通量?

我们首先要对它们的整个基因组进行排序。一旦我们把整个基因组放在一起，我们就必须找出基因组中基因的位置。因为只有大约1%的基因组实际上编码了最终产生蛋白质的基因。然后我们对所有蜂鸟的RNA进行了测序。如果你能想象的话。基因组就像是构建生物体的蓝图，而RNA更像是让生物体得以生存和延续的物质。

菲尔:那你是怎么做的呢，DNA和RNA都要做?

Ariel -我们主要关注的是所谓的长读测序。有些人称之为第三代测序。典型的，或者说DNA测序的黄金标准，是现在的第二代测序。在第二代测序中，它非常精确，但我们一次只能得到一小段DNA。在第三代测序中，我们实际上是对这些非常非常长的DNA分子进行测序。如果你能想象，当你在拼一个拼图的时候，用更少的大的拼图比用更多的小的拼图要容易得多。然而，长读序列会失去一点准确性，所以更有可能出现错误。

菲尔:你会做些什么来弥补吗?

艾丽尔-是的，我们有。一旦我们从长读数据中得到了整个结构，我们就用准确的短读数据来修正它。这个过程在这个领域我们称之为杂交基因组组装。

菲尔:哇。顺便问一下，这个工作有多大?蜂鸟有多少个基因?

哦，一只蜂鸟有大约20到3万个基因。实际上和人类没有太大区别。

菲尔:是的，要通过很多基因…

艾丽尔-是的。实际上，基因组中编码基因的区域并不是最难的部分;实际上是基因组的其余部分，我们对它的作用知之甚少，这实际上是基因组组装最难的部分，因为很多基因组是由重复的DNA组成的。如果你可以想象，如果你有一个同样的拼图在多个地方，你真的不知道它到底去了哪里。

菲尔:在那种情况下你会怎么做?

阿里尔-较长的阅读实际上对我们有很大帮助。因为当我们有了重复序列，如果我们能得到它两边的信息我们就能把它固定在基因组的正确区域。

菲尔:那么，你给这些蜂鸟一顿丰盛的大餐，然后取一堆血来获取它们所有的DNA和RNA，还是怎样?

艾丽尔-我们实际上取走了它们的肝脏和肌肉组织。这些是非常重要的代谢组织。

菲尔:有了这些令人难以置信的第三代测序，你在里面发现了什么?

阿里尔-哇。我希望我能治愈糖尿病或其他疯狂的东西……但我们在甲状腺激素的表达上发现了很多差异，这与我们预期的一致。我们真正在寻找并希望找到的是这些葡萄糖转运蛋白。对于葡萄糖是如何进入蜂鸟细胞的，以及它是如何如此迅速地发生的，我们知之甚少。蜂鸟似乎没有很多人类拥有的允许糖进入细胞的基因。那么它是如何进入蜂鸟体内的呢?我们还不知道。我们真的很希望能弄清楚。

菲尔:你现在有什么个人最喜欢的理论吗?

Ariel -我认为我们正在寻找的这种葡萄糖转运蛋白我们认为在蜂鸟中不存在……我认为它可能在那里，只是它在基因组的一个区域，它是如此的重复，以前的人研究过它，没有能够找到它，因为这个重复的问题。