青藏高原平均海拔约4500米，氧气含量仅有海平面的60%。在这种严酷的低氧环境中，雪雀已繁衍生息数百万年，而约2600年前迁徙而来的树麻雀，也成功生存繁衍。
中国科学院动物研究所揭示，虽然同处高原，但这两类亲缘关系相隔数百万年的鸟类，在心血管系统的演化上走出了截然不同的道路。
01
两条进化之路
研究团队对比分析了青藏高原白腰雪雀、棕颈雪雀与高海拔树麻雀的心血管适应特征。
结果显示，高原树麻雀相比低海拔的树麻雀，增加了心脏相对重量（心脏与体重比例）和心肌纤维的面积。高原树麻雀通过心肌肥大来增强泵血能力，成为高原心血管适应的“扩建派”。
相比之下，雪雀并没有通过增大心脏体积来适应低氧，而是依赖高度发达的心肌毛细血管网络，显著提升了氧气的扩散效率，成为心血管适应的“精装派”。
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▲两种雪雀以及高、低海拔树麻雀心肌细胞大小以及血管密度比较
进一步研究发现，两种雪雀的心血管特征高度相似，而与树麻雀之间存在显著差异。
这表明雪雀在数百万年的进化史中，通过对微观结构的“精雕细琢”，完成了对高原环境的适应；而树麻雀在相对短暂的定居时间里，更依赖器官层面的“应急式”调整。
这种因高原定居时间长短导致的适应策略差异，并非鸟类独有。例如在哺乳动物中，后引入高原的家养动物（如羊、猪）也常出现心脏相对重量增加的特征，而高原动物（如羊驼、美洲驼、鹿鼠）中甚少出现心肌肥大的表型。
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▲两种雪雀以及高海拔树麻雀的心血管表型主成分分析，显示出不同的心肌表型适应策略
02
心肌肥大的“开关”
研究团队通过心脏转录组分析，在调控心肌细胞生长的核心通路中找到了调控心肌肥大的关键线索：关键基因IRS2和AKT1在雪雀中表达水平极低，而在树麻雀中显著升高。
为了验证这一机制，研究团队在鸡胚心肌细胞中利用血管紧张素AngII诱导心肌细胞肥大，来模拟低氧诱导的心肌肥大，并通过小RNA降低
IRS2
AKT1的表达。结果发现，心肌细胞的肥大反应被显著抑制。
这些结果揭示，雪雀通过关键基因的沉默避免了心肌肥大，如同关闭了调控心肌细胞生长的核心通路的“开关”，阻止了心肌细胞过度生长。该调控通路也是控制小鼠以及人类心肌肥大的主要通路。
这意味着，鸟类在高原飞行时激活的“低氧适应开关”，和人类心脏肥大的调控开关相同。尽管鸟类和人类演化路线不同，但心脏应对压力的核心机制早已定型。
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▲A、
AKT1以及
IRS2在调控心肌细胞生长的核心通路中参与心肌细胞生长的过程；B、
AKT1以及
IRS2的功能验证
为适应飞行的极端代谢需求，鸟类进化出了高效的心肺系统，其低氧环境下的心肌适应机制展现出显著的多样性。这些自然选择的解决方案，为人类心血管疾病研究提供了宝贵的生物学模型，尤其在氧利用效率、缺血耐受和代谢调控方面具有重要启示。
论文链接：
https://doi.org/10.1093/molbev/msaf103
作者：佘惠晌 孟凡伟 屈延华
来源：中国科学院动物研究所
责任编辑：王颖