Почему колибри любят сладкое
Чтобы почувствовать вкус цветочного нектара, колибри пришлось переделать вкусовой рецептор, совсем не предназначенный для сладкого.
Обмен веществ у колибри отличается невероятной скоростью, даже по птичьим меркам. И понятно, почему – достаточно посмотреть, с какой скоростью эти птички машут крыльями. Если измерить сердечный ритм колибри, то окажется, что их сердце может биться со скоростью 20 ударов в секунду. Такая физиология требует постоянного притока топлива, то есть питательных веществ, и, хотя колибри могут ловить насекомых, основу их рациона составляет цветочный нектар, богатый сахарами. В пищевом отношения это действительно уникальный выбор – больше никто из птиц нектар так и не «освоил».
Колибри достигли неплохого эволюционного успеха: более 300 их видов распространились по Северной и Южной Америкам, от тропических влажных лесов до высокогорных территорий на склонах Анд. Однако для того, чтобы сделать выбор в пользу сладкого, богатого углеводами, энергоёмкого нектара, колибри должны бы чувствовать его сладкий вкус. И вот тут кроется одна из самых больших эволюционных и генетических загадок: рецепторов сладкого вкуса у птиц нет.
Известно, что основных вкусов всего пять: горький, кислый, сладкий, солёный и вкус умами, или, как его ещё называют, вкус белковых веществ. Для каждого из них есть свой тип рецепторов. Например, у зверей вкус сладких углеводов возникает благодаря рецепторным белкам T1R2 и T1R3, а вкус умами «чувствуют» белки T1R1 и опять T1R3. Но, когда в 2004 году секвенировали геном курицы, в нём не обнаружили никаких следов гена T1R2, без которого рецептор не может почувствовать сладкое. Не оказалось его и в других птичьих геномах. T1R3 был, но одного его, без напарника T1R2, для восприятия сладкого вкуса недостаточно. К слову, кошки тоже не чувствуют сладкого, однако в их геноме есть нефункциональный «ген сладкого вкуса», который когда-то работал, а теперь – нет. Но у птиц даже такой вариант отсутствует. И тогда возникает вопрос, как колибри смогли полюбить сладкое, если они его не чувствуют?
Разгадать загадку попробовали исследователи из Гарварда вместе с коллегами из Токийского университета. Они решили напрямую проверить, как белки вкусовых рецепторов птиц будут реагировать на тот или иной вкус. Для этого клетки, в которых синтезировались рецепторные белки для вкуса умами (T1R1 и T1R3), обрабатывали разными вкусовыми раздражителями; гены белков были взяты от кур, колибри и стрижей, от которых, как считается, колибри произошли. Результаты экспериментов описаны в статье в Science.
Оказалось, что рецепторы кур и стрижей активно реагируют на вкус умами, или вкус белка. А вот у колибри тот же самый рецептор плохо отзывался на вкус белка, но зато активно реагировал на углеводы. То есть у колибри вкусовой рецептор, можно сказать, поменял специализацию. Очевидно, произошло это благодаря мутациям – авторы работы экспериментально насчитали 19 мутаций, которые могли бы обратить куриный рецептор умами к сладкому вкусу, но в действительности их может быть больше, и, чтобы все их определить, нужно подробно исследовать сами рецепторные белки колибри.
Полученные результаты не просто сообщают нам что-то новое об удивительных колибри и их эволюции. История о том, как вкусовой рецептор вдруг стал не тем, чем казался до сих пор, ещё раз указывает на важность комплексного исследования того или иного гена – мало знать его последовательность и генеалогию, нужно ещё и напрямую исследовать функцию белка, информация о котором заключена в гене.
