Кератиновая болезнь птиц

Этой североамериканской черношапочной гаичке (Poecile atricapillus) не повезло столкнуться с заболеванием, появившимся совсем недавно и названным avian keratin disorder («кератиновая болезнь птиц»; далее — AKD). Главный симптом кератиновой болезни — аномально разросшийся клюв. Разобраться в причинах, которые приводят к AKD, оказалось очень непросто.

История изучения этой патологии началась в конце 1990-х годов, когда сразу из двух отдаленных друг от друга районов Аляски орнитологам стали поступать сообщения о встрече на зимних кормушках гаичек с аномально длинными клювами. Эти новости вызвали у орнитологов недоумение и удивление. Во-первых, исследователи вели регулярные мониторинговые работы, и им не попадались гаички с такими клювами. Во-вторых, появление сразу нескольких птиц с редкой патологией в нескольких отдаленных друг от друга местах — яркое свидетельство того, что события стремительно развиваются в популяции. Ученые срочно стали искать упоминания о подобных случаях в литературе и попросили бердвотчеров присылать любую информацию о птицах с необычными клювами.

Вскоре встречи птиц с чересчур длинными клювами перестали ограничиваться кормушками. Так, среди взрослых гаичек, которых ловили исследователи в 1999–2008 годах, от 3,6 до 9,7% (в среднем 6,5%) птиц имели неправильную форму клюва. Встречаемость особей с аномальными клювами в этой популяции гаичек оказалась намного выше, чем задокументированные прежде для других птиц (1,8% для лазоревки или 0,38% для скворца). Еще десятилетие назад (1992–1998 годы) при мониторинговых работах и отловах вовсе не обнаруживали птиц с такими деформациями, а теперь их количество стремительно росло и не вписывалось в результаты прошлых исследований. Стало ясно, что исследователи имеют дело с чем-то неординарным и требующим немедленного изучения.

Клюв — уникальное приобретение класса птиц — «заточен» под образ жизни своего обладателя и находится под мощным давлением отбора. Это многофункциональный инструмент: с его помощью птицы оценивают качество пищи, осязают, переносят что-то с места на место, строят гнезда. Во многом от формы клюва зависит, с какой пищей может справиться птица. Например, мощный вьюрковый клюв позволяет «разгрызать» семена, а тонким клювом мухоловок удобно ловить насекомых. Еще одна важная функция клюва — чистить перья и вовремя избавляться от назойливых эктопаразитов, которых всегда предостаточно. Таким образом, птицы с «неправильными» клювами (особенно со значительными девиациями, то есть отклонениями от нормы) сталкиваются с большим количеством сложностей, которые, безусловно, отражаются как на качестве жизни птиц, так и на шансах выжить и оставить потомство.

Черношапочная гаичка с нормальным клювом раскрывает добытое семечко. Фото с сайта en.wikipedia.org

За годы исследований птиц с загадочной патологией ученые встретили самые разные варианты деформации клювов и собрали целую галерею аномалий. Чаще всего у гаичек с AKD удлинялось и изгибалось вниз надклювье (B–D на фото ниже). Иногда подклювье тоже увеличивалось и искривлялось вверх, что вело к перекрещиванию клюва (как у птицы на главном фото и E–H на фото ниже).

Многообразие аномалий клюва у черношапочной гаички (B–L). А — нормальный клюв: прямой, надклювье и подклювье плотно прилегают друг к другу, а их концы сходятся. Фото из статьи C. M. Handel et al., 2010. Epizootic of Beak Deformities Among Wild Birds in Alaska: An Emerging Disease in North America?

Некоторые варианты деформаций встречались гораздо реже. Например, удлинение подклювья вкупе с нормальным надклювьем, в результате чего гаичка приобретала черты водореза (I). Однажды было задокументировано искривление клюва вбок (J), и только в нескольких случаях надклювье и подклювье удлинялись, но не искривлялись, и между ними образовывалась щель (K). Текстура выроста также отличалась у разных птиц: иногда удлиненная часть была тонкой и ломкой (D), иногда — сильно утолщенной и прочной (L). Во многих случаях томия (острый режущий край клюва; см. Tomia) надклювья или подклювья была разросшейся и имела неровные тонкие края. Вдоль верхней поверхности клюва перед ноздрями были часто видны ряды гребней — свидетельство неравномерного роста ороговевших тканей.

Что же может превратить нормальный функциональный клюв в сюрреалистические ножницы? С чего начать? На каком уровне искать проблему?

Сначала исследователи постарались понять, что именно представляет собой вырост. Одна из гипотез заключалась в том, что наблюдаемая аномалия связана с неправильным ростом костей надклювья и подклювья. Однако рентген небольшой выборки гаичек не выявил никаких макроскопических аномалий у птиц с AKD. В более поздней работе с большей выборкой у 83% исследованных гаичек с AKD всё же обнаружили небольшие деформации на кончике костей. Тем не менее стало очевидно, что вырост представляет собой не костяную часть клюва, а роговую — рамфотеку.

Рамфотека — это чехол, который «одевает» надклювье и подклювье. Гистологически это, по сути, эпидермис с ороговевающим и сильно кератинизированным наружным слоем (поэтому болезнь и назвали «кератиновой»). Верхние слои рамфотеки постепенно стираются, а на их место нарастают нижние, и обычно эти процессы четко сбалансированы.

Судя по всему, при AKD баланс нарушается, что приводит к гиперкератозу: рамфотека нарастает аномально быстро и не успевает стираться. Более поздние гистопатологические исследования подтвердили эту гипотезу, но указанием на правильность этого предположения выступали также данные повторных отловов птиц. Так, один из самцов гаички был пойман в июне 2003 года с совершенно нормальным клювом (длина от ноздрей до кончика — 7,9 мм). В сентябре того же года его клюв изменился до неузнаваемости: длина от ноздрей до кончика составляла 21,1 мм. За три месяца его клюв вырос почти в 3 раза!

Рентгенограммы взрослых гаичек с деформированным в разной степени клювом. Стрелки указывают на окончания предчелюстной и зубной костей. Заметны небольшие искривления кончиков этих костей, но вырост клюва всё же представляет собой разросшуюся рамфотеку. Фото из статьи C. Van Hemert et al., 2013. Macroscopic, Histologic, and Ultrastructural Lesions Associated With Avian Keratin Disorder in Black-Capped Chickadees (Poecile atricapillus)

Причин, которые потенциально могли вызвать аномальный рост рамфотеки, — огромное множество, и попытка понять и объяснить происходящее была похожа на поиск иголки в стоге сена.

Одна из первых возможных причин, которая приходит в голову в эпоху антропоцена, это загрязнение окружающей среды. К тому же известны прецеденты появления подобных аномалий в ответ на выбросы токсинов. Например, в середине 1970-х на Великих озерах были превышены допустимые концентрации хлорорганических соединений, и количество водных птиц с перекрещенными клювами и другими врожденными пороками развития резко возросло. В 1980-е в Калифорнии также появилось большое количество птиц с различными аномалиями развития, что было вызвано повышением содержания селена в сельскохозяйственных стоках. Однако токсикологическая гипотеза была отвергнута из-за отсутствия доказательств.

Подробный анализ на уровень металлов, микроэлементов (включая селен) и некоторых органических загрязнителей (в том числе хлорорганических соединений) в тканях здоровых и больных гаичек не обнаружил веществ-кандидатов, которые могли бы привести к дисфункции выработки кератина.

Тогда, быть может, наблюдаемые аномалии клюва связаны с врожденными патологиями или разрывом зародышевых листков? Снова нестыковки: у молодых птиц AKD не встречается. «Отложенная» врожденная патология тоже вряд ли имеет место, поскольку в некоторых случаях гаички с явными симптомами AKD при повторном отлове имели совершенно нормальный клюв.

Болезни внутренних органов? Вскрытия ничего не показали. Проблемы с витамином D и кальцием? Ничего подобного, тогда у птиц были бы очевидные проблемы с минерализацией костей, да и в целом картина была бы другой. Недоедание или неправильный рацион? Снова никаких признаков.

Еще один возможный вариант — паразиты. Здесь исследователей снова ждало большое количество тупиков: у одной или нескольких гаичек с AKD находились патогены (вши и перьевые клещи, следы бактериальной или грибковой инфекций), которых не было у всех остальных, и/или они же были найдены у здоровых птиц, а значит, не могли вызывать аномальный рост клюва. В то же время ни у одной птицы не были найдены панцирные клещи из рода Knemidocoptes, которые вызывают поражения клювов (в виде наростов и последующей деформации клюва) у других видов птиц.

Еще одно предположение заключалось в том, что AKD имеет вирусную природу. В пользу этой гипотезы говорило внезапное возникновение патологии и ее быстрое распространение: действительно, болезнь появилась буквально из ниоткуда и мгновенно распространилась среди большого количества птиц. Однако известные вирусы, которые вызывают поражения клювов у других видов (полиомавирусы, поксвирусы, Circovirus) не были найдены. В то же время при помощи просвечивающей электронной микроскопии и гистопатологических методов у птиц с AKD были обнаружены признаки, которые могли бы быть связаны с вирусной инфекцией.

Внутриядерные эозинофильные включения (показаны стрелками) в базальном слое эпидермиса клюва гаички с явными симптомами AKD. Этот признак — не самый надежный, поскольку наблюдаемая картина может быть связана как с присутствием вируса, так и инвагинацией цитоплазмы, совсем не связанной с патогенами. Фото из статьи C. Van Hemert et al., 2013. Macroscopic, Histologic, and Ultrastructural Lesions Associated With Avian Keratin Disorder in Black-Capped Chickadees (Poecile atricapillus)

Это была хоть какая-то зацепка. Однако нужно было еще найти вирусы-кандидаты, которые могли бы вызывать инфекцию с подобными симптомами, но и это было нетривиальной задачей. Выбор пал на метагеномные методы, которые отлично проявили себя в обнаружении потенциальных агентов при инфекционных заболеваниях с неизвестным возбудителем.

Метагеномные исследования — сравнительно новая отрасль биологии. Проводить их стало возможно благодаря стремительно развивающейся технологии секвенирования нового поколения (next generation sequencing). Эти методы отличаются большой пропускной способностью (то есть можно секвенировать сразу много участков ДНК одновременно) и высокой скоростью. Именно благодаря им стало возможно быстро секвенировать полные геномы организмов, хотя раньше на это уходило несколько лет работы в лабораториях огромного количества персонала.

Ученые отсеквенировали РНК из клювов гаичек с AKD и обнаружили участки, сходные с птичьими пикорнавирусами. Новый пикорнавирус назвали «поецивирус» — в честь гаички (род Poecile), вида-хозяина, у которого его обнаружили. В дальнейшем вирусные частицы были обнаружены у всех 28 обследованных гаичек с явными признаками AKD (больше всего их было в клюве и клоаке) и только у 9,4% (9 из 96) здоровых птиц. Находка поецивируса у «здоровых» гаичек не очень удивительна: возможно, эти птицы были на ранней стадии заболевания, когда по внешним признакам AKD нельзя определить, либо для инициации главного симптома болезни — чрезмерного роста клюва — необходим определенный триггер или коинфекция с другим патогеном.

Пазл наконец-то стал складываться, и сейчас всё указывает на то, что поецивирус действительно связан с AKD, хотя конкретный механизм заболевания только предстоит изучить. Любопытно, что поецивирус — не единственный пикорнавирус, ассоциированный с нарушением нормального синтеза кератина (например, Senecavirus вызывает гиперкератоз у свиней). Более того, симптомы AKD встречаются и у других видов птиц, в том числе не воробьинообразных. Ученые уже обнаружили поецивирус у других североамериканских видов птиц (это канадский поползень, сизая чайка, волосатый дятел, черноклювая сорока, пестрогрудый лесной певун, американский ворон), среди которых встречались особи с удлиненным клювом. Так что поецивирус далеко не видоспецифичен и может серьезно повлиять на популяции разных видов птиц.

Однако проблема расширяется сразу в нескольких измерениях: увеличивается не только количество видов с симптомами AKD, но и географическое распространение этой патологии. Так, на сайте Британского фонда орнитологии сообщают о встречах нескольких сотен птиц с деформированными клювами. Эти наблюдения относятся к 36 видам, но чаще всего бердвотчеры отмечают лазоревок, черных дроздов и скворцов с признаками AKD.

Лазоревка, скворец, домовый воробей (самка), грач с симптомами AKD, сфотографированные в Британии. Фото с сайта bto.org

На территории России птицы с AKD тоже встречаются. Так, в Калужской области наблюдали галок с деформированными надклювьями, в Ставропольском крае — жулана с перекрещенным клювом. Во время ежегодных мониторинговых работ в Оренбургской области было встречено не менее 23 видов птиц с симптомами AKD, включая кольчатых горлиц, грачей, сорок и мелких воробьиных. Встречают птиц с деформированными клювами и в других регионах. Однако, к сожалению, таких данных пока довольно мало, и они разбросаны по самым разным ресурсам, а не собраны в одном месте.

Слева — галка с гипертрофированным надклювьем в Калуге. Фото Л.В. Маловичко из статьи Л. В. Маловичко, 2019. Наблюдения за галками Corvus monedula с различными морфологическими аномалиями, 8 июля 2017 года. Справа — галка с гипертрофированным надклювьем, которое, видимо, обломалось. Фото Юлии Михневич, Смоленск, 13 августа 2021 года

Несмотря на то что симптомы AKD схожи у разных видов и в разных регионах мира, никто еще не успел проверить птиц вне Северной Америки на поецивирус, а значит, нельзя утверждать, что наблюдаемый в Британии и России гиперкератоз имеет такую же инфекционную этиологию. Тем не менее в этом любопытно разобраться, а при достаточных размерах выборок можно узнать больше об эволюционной истории самого вируса и «колонизации» им птичьих популяций на разных континентах.

Фото © Martin Renner с сайта audubon.org.

Дина Юсупова