Ny UC San Francisco -forskning finner att även om unga manliga sångfåglar är genetiskt predisponerade för att låta som sina fäder, berikad tidig erfarenhet av en fosterfar kan övervinna detta genetiska öde. Denna upptäckt har slående konsekvenser för vårt tänkande om hur erfarenhet påverkar genetiken hos komplexa mänskliga egenskaper som inlärningsförmåga eller till och med psykiatrisk sjukdom, säger författarna.

Neurovetenskapare som UCSF:s Michael Brainard, Ph.D., har länge studerat sångfåglar som den bengalesiska finken (Lonchura striata domestica) som en modell för hur komplexa beteenden som mänskligt språk formas av tidig erfarenhet. Som mänskligt språk, en hanfinks unika parningssång lärs tidigt i livet genom att lyssna på och efterlikna vuxna "handledare". I naturen, detta är vanligtvis fågelns far, men unga fåglar uppfostrade av icke-närstående vuxna i labbet kommer att lära sig att sjunga sin fosterfaders sång istället.

Nu har Brainards laboratorium visat att inte alla tidiga erfarenheter är lika stora i deras inflytande över känsliga unga fåglar:endast utsatta för en datoriserad "syntetisk lärare, "unga fåglar kommer att återgå till att sjunga som en biologisk pappa som de aldrig har känt eller hört. Forskningen - publicerad veckan den 25 december, 2017 i PNAS - föreslår att finklåt har en starkare genetisk komponent än vad som tidigare hade insetts, men också att denna genetiska drivkraft kan undertryckas av rätt typ av tidig livserfarenhet.

"Det vi såg är att det genetiska bidraget till en fågelsång beror på detaljerna i den fågelns upplevelse. Detta är en slående demonstration av att ärftlighet för komplexa beteenden som fågelsång inte är fast, som ofta antas, men kan i stället variera dramatiskt beroende på individens erfarenhet, "sa Brainard, professor i fysiologi och psykiatri vid UCSF, Howard Hughes Medical Institute -utredare, och medlem av UCSF Weill Institute for Neurosciences.

Som noterat, forskare har länge ansett att vuxen fågelsångs struktur domineras av påverkan av vilken låt en fågel hör som en fågelunge. Dock, David Mets, Ph.D., en postdoktor i Brainard -labbet och den nya tidningens första författare, märkte en överraskande mängd variation mellan sångerna för enskilda bengalesiska finkar i labbet, även när alla fåglar utsattes för samma experimentellt kontrollerade handledarlåt tidigt i livet.

För att avgöra om dessa skillnader kan orsakas av ett tidigare förbisett genetiskt bidrag till fåglarnas sång, Mets utvecklade en noggrann uppsättning experiment för att kontrollera bidrag från genetik och erfarenhet. Han tog bort ägg från deras bon strax efter att de lades för att se till att ungar aldrig hörde deras faders sång, även i ägget. Han avslöjade sedan kläckningarna bara för noggrant kontrollerade datorgenererade låtar, som han varierade i tempo i ett försök att påverka tempot på låten de unga fåglarna skulle lära sig.

Till forskarnas förvåning, de fann att dessa fåglar i stort sett ignorerade tempot för de syntetiska låtarna, och utvecklade vuxensånger med tempon mycket närmare sina fars låtar - som de aldrig hade hört. Forskarna kvantifierade denna observation, visar att 55 procent av variationen i experimentfåglarnas sånger kan förklaras av skillnader i deras faders sånger, men bara 21 procent drevs av skillnader i den syntetiska låten de hörde som ungar.

I en andra uppsättning experiment, Mets blev av med den syntetiska handledaren och exponerade istället finkungar - som inte heller hade hört sina faders sånger - för orelaterade levande vuxna hanar. Forskarna blev återigen överraskade över att upptäcka en fullständig omvändning av resultaten som syntes med syntetisk handledning:den levande handledarens sång bidrog med 53 procent till tempot för de unga fåglarnas vuxensånger, med skillnader i deras fars låtar som bara bidrar med 16 procent.

"Detta var riktigt spännande eftersom det visade att erfarenheten från en levande handledare faktiskt kan minska genetikens bidrag till komplext beteende som fågelsång, "Mets sa." Vi visste innan att levande handledare hjälpte fåglar att lära sig bättre och snabbare, men vi blev förvånade över att upptäcka att denna erfarenhet faktiskt kan åsidosätta fågelns genetik. "

"Vi har vant oss vid tanken på att komplexa egenskaper och beteenden kan ha en stor genetisk komponent, "Tillade Brainard, med hänvisning till mänskliga studier av enäggstvillingar separerade vid födseln som ändå delar överraskande likheter i saker som deras sinne för humor, modekänsla, och så vidare. "Men dessa berättelser tenderar att anta att den genetiska komponenten är fast - akademisk prestation är antingen 20 procent genetisk eller 80 procent genetisk. Vi visar här att genetikens bidrag är allt annat än fixat - när det gäller akademisk prestation, skolan du går på kan mycket väl övervinna alla genetiska bidrag. "

Fynden ökar möjligheten att mänskliga genetiska studier som inte tar hänsyn till skillnader i individers upplevelse kan leda till vilseledande slutsatser om de genetiska bidragen till komplexa beteenden, Sa Brainard.

Forskarna hoppas nu kunna använda den bengalesiska finken som modell för att utforska hur genetik och erfarenhet interagerar i hjärnan för att påverka komplexa beteenden som fågelsång. "Var i hjärnan är faderns gener och tidiga livserfarenhet som konkurrerar om kontrollen över låtens tempo?" Frågade Mets. "Det är nästa riktigt spännande fråga."

Resultaten föreslår också en bredare möjlighet att förstå de specifika egenskaperna hos berikade tidiga erfarenheter som gör att de kan åsidosätta genetiska anlag, Brainard sa:"Detta är långt in i framtiden, självklart, men det lyfter fram potentialen av tidigt beteendemässigt ingripande för att mildra negativa genetiska egenskaper, som en anlag för psykiatrisk sjukdom. "