Uit nieuw onderzoek van UC San Francisco blijkt dat, hoewel jonge mannelijke zangvogels genetisch voorbestemd zijn om als hun vaders te klinken, verrijkte vroege ervaring met een pleegvader kan deze genetische bestemming overwinnen. Deze bevinding heeft opvallende implicaties voor ons denken over hoe ervaring de genetica van complexe menselijke eigenschappen zoals leervermogen of zelfs psychiatrische ziekte beïnvloedt, zeggen de auteurs.

Neurowetenschappers zoals Michael Brainard van UCSF, doctoraat, hebben lang zangvogels zoals de Bengaalse vink (Lonchura striata domestica) bestudeerd als een model van hoe complex gedrag zoals menselijke taal wordt gevormd door vroege ervaring. Als menselijke taal, Het unieke paringslied van een mannelijke vink wordt vroeg in het leven geleerd door te luisteren naar en het nabootsen van volwassen 'leraren'. In de natuur, dit is meestal de vader van de vogel, maar jonge vogels die door niet-verwante volwassenen in het laboratorium zijn grootgebracht, zullen in plaats daarvan het lied van hun pleegvader leren zingen.

Nu heeft het laboratorium van Brainard aangetoond dat niet alle vroege ervaringen gelijk zijn in hun invloed op beïnvloedbare jonge vogels:alleen blootgesteld aan een gecomputeriseerde "synthetische leraar, " jonge vogels zullen weer gaan zingen als een biologische vader die ze nog nooit hebben gekend of gehoord. Het onderzoek, gepubliceerd in de week van 25 december, 2017 in PNAS -suggereert dat vinkenzang een sterkere genetische component heeft dan eerder werd gerealiseerd, maar ook dat deze genetische drive kan worden onderdrukt door de juiste soort vroege levenservaring.

"Wat we zagen is dat de genetische bijdrage aan de zang van een vogel afhangt van de specifieke kenmerken van de ervaring van die vogel. Dit is een opvallende demonstratie dat erfelijkheid voor complex gedrag zoals vogelgezang niet vaststaat, zoals vaak wordt aangenomen, maar in plaats daarvan sterk kan variëren, afhankelijk van de ervaring van een persoon, " zei Brainard, hoogleraar fysiologie en psychiatrie aan de UCSF, Howard Hughes Medical Institute onderzoeker, en lid van het UCSF Weill Instituut voor Neurowetenschappen.

Zoals opgemerkt, onderzoekers hebben lang gedacht dat de structuur van volwassen vogelgezang wordt gedomineerd door de invloed van het lied dat een vogel als kuiken hoort. Echter, David Mets, doctoraat, een postdoctoraal wetenschapper in het Brainard-lab en de eerste auteur van het nieuwe artikel, merkte een verrassende hoeveelheid variatie op tussen de liedjes van individuele Bengaalse vinken in het lab, zelfs wanneer alle vogels vroeg in hun leven werden blootgesteld aan hetzelfde experimenteel gecontroleerde tutorlied.

Om te bepalen of deze verschillen kunnen worden veroorzaakt door een eerder over het hoofd gezien genetische bijdrage aan het gezang van de vogels, Mets ontwikkelde een zorgvuldige reeks experimenten om de bijdrage van genetica en ervaring te beheersen. Hij verwijderde eieren uit hun nesten kort nadat ze waren gelegd om ervoor te zorgen dat de kuikens het lied van hun vader nooit hoorden. zelfs in het ei. Vervolgens stelde hij de jongen alleen bloot aan zorgvuldig gecontroleerde, door de computer gegenereerde liedjes, die hij in tempo varieerde in een poging om het tempo van het lied dat de jonge vogels zouden leren te beïnvloeden.

Tot verbazing van de onderzoekers ze ontdekten dat deze vogels het tempo van de synthetische liedjes grotendeels negeerden, en ontwikkelden liedjes voor volwassenen met een tempo dat veel dichter bij de liedjes van hun vader lag - die ze nog nooit hadden gehoord. De onderzoekers kwantificeerden deze waarneming, waaruit blijkt dat 55 procent van de variabiliteit in de zang van de experimentele vogels kan worden verklaard door verschillen in de zang van hun vaders, maar slechts 21 procent werd gedreven door verschillen in het synthetische lied dat ze als kuikens hoorden.

In een tweede reeks experimenten, Mets ontdeed zich van de synthetische leraar en stelde in plaats daarvan vinkkuikens - die ook nog nooit de liedjes van hun vader hadden gehoord - bloot aan niet-verwante levende volwassen mannetjes. De onderzoekers waren opnieuw verrast om een ​​volledige ommekeer te ontdekken van de resultaten die werden gezien met synthetische begeleiding:het lied van de live tutor droeg 53 procent bij aan het tempo van de volwassen liedjes van de jonge vogels, met verschillen in de liedjes van hun vaders die slechts 16 procent bijdroegen.

"Dit was echt spannend omdat het aantoonde dat de ervaring van een live-leraar de bijdrage van genetica aan complex gedrag zoals vogelgezang, daadwerkelijk kan verminderen. Mets zei. "We wisten al eerder dat levende docenten vogels hielpen om beter en sneller te leren, maar we waren verrast toen we ontdekten dat deze ervaring de genetica van de vogel kan overschrijven."

"We zijn gewend geraakt aan het idee dat complexe eigenschappen en gedragingen een grote genetische component kunnen hebben, "Brainard voegde toe, daarbij verwijzend naar menselijke studies van identieke tweelingen die bij de geboorte van elkaar zijn gescheiden en die niettemin verrassende overeenkomsten vertonen in zaken als hun gevoel voor humor, mode gevoel, enzovoort. "Maar die verhalen hebben de neiging om aan te nemen dat de genetische component vastligt - academische prestaties zijn ofwel 20 procent genetisch of 80 procent genetisch. We laten hier zien dat de bijdrage van genetica allesbehalve vast is - in het geval van academische prestaties, de school waar je naar toe gaat, kan heel goed elke bijdrage van genetica overwinnen."

De bevindingen verhogen de mogelijkheid dat menselijke genetische studies die geen rekening houden met verschillen in de ervaring van individuen, misleidende conclusies zouden kunnen opleveren over de genetische bijdragen aan complex gedrag, zei Brainard.

De onderzoekers hopen nu de Bengaalse vink als model te gebruiken om te onderzoeken hoe genetica en ervaring in de hersenen op elkaar inwerken om complex gedrag zoals vogelgezang te beïnvloeden. "Waar in de hersenen zijn de genen van de vader en de vroege levenservaring die strijden om controle over het songtempo?" vroeg Mets. "Dat is de volgende echt spannende vraag."

De resultaten suggereren ook een bredere mogelijkheid om de specifieke kenmerken van verrijkte vroege ervaringen te begrijpen, waardoor ze genetische predisposities kunnen opheffen, Brainard zei:"Dit is ver in de toekomst, natuurlijk, maar het benadrukt het potentieel van vroege gedragsinterventie om negatieve genetische eigenschappen te helpen verminderen, zoals een aanleg voor psychiatrische aandoeningen."