Мутації в рецепторі умами перетворили співочих птахів на солодкоїжок

Птахи втратили здатність сприймати солодкий смак на ранніх етапах еволюції, так що предкам сучасних видів, що харчуються фруктами і нектаром, довелося купувати це вміння заново. Наприклад, як з'ясували фахівці, співачки птаха повторно навчилися сприймати солодке приблизно 34-23 мільйони років тому. У цьому їм допомогли мутації в рецепторі умами, завдяки яким він також став реагувати і на солодкий смак. При цьому, як зазначається в статті для журналу, навіть ті співачки птаха, що сьогодні харчуються комахами або насінням, в основному зберегли здатність розрізняти солодку їжу.


Багато птахів люблять фрукти, квітковий нектар та інші види їжі з високим вмістом цукрів. Такий раціон свідчить, що вони добре розрізняють солодке. Проте, як відомо фахівцям, ще на ранніх етапах еволюції птиці втратили ген, необхідний для виробництва одного з двох білків, що входять до складу рецептора солодкого смаку. Швидше за все, ця втрата пояснюється тим, що ранні пернаті харчувалися в основному комахами і рідко стикалися з солодкою їжею. У результаті видам, які адаптувалися до харчування плодами або нектаром, довелося заново розвивати здатність сприймати солодке. Наприклад, колібрі модифікували для цього рецептор смаку умами, що складається з білків TAS1R1 і TAS1R3.


Команда біологів на чолі з Мод Болдуїн (Maude Baldwin) з Інституту орнітології Товариства Макса Планка (саме вона керувала згаданим вище дослідженням, присвяченим еволюції рецепторів солодкого смаку біля колібрі) вирішила з'ясувати, як влаштована здатність сприймати солодке у представників загону горобиноподібних (), який включає більшість сучасних видів птахів. Плодоядні та нектароядні форми неодноразово виникали в різних еволюційних гілках даної групи, проте залишалося неясним, чи навчилися вони сприймати солодке незалежно один від одного або успадкували цю здатність від загального предка.

Спочатку Болдуїн і її співавтори провели поведінкові тести з білоглазими медолюбами (), австралійськими пернатими з сімейства медососів (), які харчуються в основному нектаром. Птахам пропонували вибір між чистою водою і водою з додаванням цукру - і ті воліли підсолоджену. Результати експерименту переконливо продемонстрували, що медолюби можуть розрізняти солодкий смак. Однак, коли дослідники повторили досвід із зерноядними канарками (), ті також виявили більший інтерес до підсолодженої води. Таким чином, здатність сприймати солодкий смак присутня навіть у тих горобиноподібних птахів, що не харчуються фруктами і нектаром.

На наступному етапі дослідники проаналізували, як працюють рецептори умами TAS1R1-TAS1R3 у горобиноподібних птахів з підгрупи співочих (). Виявилося, що у видів, які споживають велику кількість плодів і нектару (медолюбів, японських білоглазок () і рижеухих бюльбюлів ()), ці рецептори реагують не тільки на амінокислоти, але і на вуглеводи - тобто крім сприйняття умами, також дозволяють відчувати солодкий смак. Аналогічні результати були отримані і для зерноядних і комоїдних видів - канарок і великих синиць ().

Додаткові дослідження показали, що комоїдних представників підгрупи кричущих горобиних (), яка відокремилася від співочих птахів на початку кайнозою, рецептори TAS1R1-TAS1R3 реагують тільки на амінокислоти, але не на вуглеводи. Таким чином, у даної групи вони служать лише для сприйняття смаку умами. На думку авторів, отримані дані вказують, що рецептор умами взяв на себе додаткові функції рецептора солодкого смаку вже після поділу горобиноподібних на співочих і тих, хто кричить, причому в лінії співочих птахів це сталося всього один раз. Додатковим аргументом на користь цієї ідеї служить той факт, що рецептор TAS1R1-TAS1R3 біля бурої помилковухи (), примітивної співачки птиці з Австралії, сильно реагує на амінокислоти і набагато слабкіше на вуглеводи.

Реконструювавши гіпотетичну будову рецепторів на різних етапах еволюції горобйноподібних, Болдуїн та її колеги дійшли висновку, що здатність сприймати солодкий смак виникла вже у загального предка медососів та решти співочих птахів. При цьому щоб TAS1R1-TAS1R3 почав реагувати на вуглеводи, мутації повинні були відбутися в обох складових його білках. Як з'ясували автори, в білці TAS1R1 ці мутації лежать в регіоні, що складається з семи амінокислот, а на білці TAS1R3 - в регіоні, що складається з дев'яти амінокислот. Цікаво, що основна частина цих нуклеотидів у лігандзв'язувальній області рецептора припадає на білок TAS1R1, а не TAS1R3, як у колібрі. Таким чином, конкретні мутації, які надали рецептору умами додаткові функції рецептора солодкого, у двох цих групах відрізняються. Крім лігандзв'язувальної області, зміни в рецепторі умами у співочих птахів торкнулися областей, що відповідають за активацію рецептора і передачу сигналу.

Ранні етапи еволюції співочих птахів йшли в Австралії і, судячи з усього, саме тут представники даної групи навчилися сприймати солодкий смак. Болдуїн і її співавтори припускають, що цей зсув міг бути пов'язаний з поступовою аридизацією австралійського клімату в олігоцені, 34-23 мільйони років тому. У міру того як на континенті ставало все суші, тут поширювалися різні види евкаліптів. Ці дерева нерідко виробляють солодкі виділення, відомі як манна, які місцеві птахи із задоволенням використовують у їжу. Можливо, пристосовуючись поїдати манну, предки сучасних співочих птахів і перетворилися на солодкоїжок. Втім, можливо, що мутації в рецепторі умами, завдяки яким він став сприймати ще й солодкий смак, почали накопичуватися ще раніше.


Після того, як співачки птаха з Австралії розселилися по іншому світу, вони, незалежно від раціону, в основному зберегли здатність сприймати солодке, характерну для їхніх предків. Ця риса дозволяє навіть комахоїдним і зерноїдним видам періодично годуватися фруктами і нектаром, а також за порівняно короткі терміни еволюціонувати в плодоядні і нектароядні форми.

Предки кажанів також втратили здатність розрізняти солодкий смак. Хоча у деяких комахоїдних видів збереглися гени білків TAS1R2 і TAS1R3, вони пошкоджені мутаціями і не працюють. Навіть види з сімейства листоносів, які перейшли на харчування фруктами і нектаром, за рідкісними винятками не встигли відновити роботу даних рецепторів.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND