Все, что связано с колибри, происходит очень быстро. Для человеческого глаза эта птичка всего лишь «радужное пятно», их движения можно ясно различить только помощью замедленного воспроизведения высокоскоростного видео. Сердце колибри бьётся 20 раз в секунду, а язык, слизывающий нектар с цветка, выбрасывается 17 раз в секунду. Между тем, эти птицы большие гурманы! Требуется только три облизывания раздвоенным, трубоочкообразным языком, чтобы отказаться от воды, когда они ожидают нектар. Они тянут свои клювы назад, качают головами и выплёвывают безвкусную жидкость! Они также не дадут обманывать себя заменителями сахара, диетическая кола им не по вкусу.
В статье, опубликованной в журнале Science, ученые показывают, как способность колибри определять сладости произошла от предков с вкусовыми рецепторами, которые главным образом определяли вкус аминокислот (или «умами» вкус).
«Это действительно хороший пример того, как вид эволюционировал на молекулярном уровне, чтобы принять очень сложный фенотип, — сказал один из авторов работы биолог Stephen Liberles. Изменение одного рецептора действительно может привести к изменениям в поведении и может способствовать разнообразию видов».
Все началось с генома курицы. Прежде чем ученые секвенировали её гены, предполагалось, что куры и все птицы ощущают вкусы так же как и млекопитающие: имеют отдельные сенсорные рецепторы , различающие соленый, кислый, горький, сладкий и недавно признанной «умами» (вкус белковой пищи) вкус. Причём считалось, что рецепторы к сладкому присутствуют у животных гораздо в меньшей степени, чем множество рецепторов, вовлеченных в восприятие горького вкуса, имеющего жизненно важное значение для определения безопасности пищевых продуктов. Некоторые животные потеряли определенные вкусовые способности. Панды, например, питаются исключительно бамбуком и не имеют «умами» вкусовых рецепторов. Хищники, особенно кошки, равнодушны к сладким вкусам. Гены для дегустации сладости присутствуют в их геноме, но они нефункциональные. Ученые подозревают, что взаимодействие между вкусовыми рецепторами и диетой могут эффективно перепрофилировать вкусовые рецепторы, и определённые гены, которые не работают и в конце концов исчезают.
С птицами, в частности, с «изученными со всех сторон», курами, история другая: у них нет рецепторов к сладкому. Так как же колибри определяют сахар?
После клонирования генов вкусовых рецепторов кур, стрижей и колибри учёные определяли на какие вещества они реагируют. Yasuka Toda, аспирант из Университета Токио, один из авторов статьи, изобрел метод тестирования вкусовых рецепторов в клеточной культуре. Используя эту методику, он произвёл ряд экспериментов с рецепторами различных птиц. Оказалось, что у кур и стрижей рецепторы сильно реагируют на аминокислоты, то есть вкус «умами», а у колибри слабо. Зато те же рецепторы колибри прекрасно реагировали на углеводы (сладкое).
«Аминокислоты и сахара имеют совершенно разную структуру, поэтому для того, чтобы ощущать их в окружающей среде, необходимо совершенно другой замок и ключ. Ключ выглядит совсем иначе, так что нам пришлось менять замок почти полностью», – образно выразился Liberles.
Toda изучила различные субъединицы гибридных химер вкусовых рецепторов курицы и колибри, чтобы понять, какие части гена были вовлечены в это изменение их функции. В общей сложности, она обнаружила 19 мутаций, которые вероятно, способствовали «переключению» колибри на сладкое.
После того, как мутации были обнаружены, учёные попытались определить: действительно ли изменение рецепторов повлияло на поведение птиц?
Возвращаясь к наблюдениям за птицами, учёные ответили — да. Колибри выплёвывали воду, но с удовольствием отведали сладкий нектар и искусственный подсластитель, вызвавший реакцию в искусственной культуре рецепторов.
«Этот эксперимент демонстрирует связь между рецепторами и поведением, — пишет Liberles. -Такое резкое изменение в эволюции нового поведения является действительно отличным примером того, как можно объяснить эволюцию на молекулярном уровне». «Наша работа подчеркивает, как многое еще предстоит узнать о вкусе и других наших органах чувств. Сенсорные системы открывают нам окно в мозг, чтобы определить, как мы воспринимаем мир вокруг нас», — заключают авторы.
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Baldwin, Maude W.; Toda, Yasuka; Nakagita, Tomoya; O’Connell, Mary J.; Klasing, Kirk C. et al. (2014) Evolution of sweet taste perception in hummingbirds by transformation of the ancestral umami receptor // Science — 2014 vol. 345 (6199) — p. 929-933
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
