| Учёные давно были озадачены тем фактом, что колибри предпочитают сладкую диету, при этом даже не имея рецепторов, отвечающих за восприятие соответствующего вкуса. Недавно выяснилось, что способность тропических птиц наслаждаться нектаром возникла благодаря мутации во вкусовом рецепторе, изначально настроенном на вкус белковой пищи. Это позволило колибри занять уникальную экологическую нишу, отмечают авторы статьи в журнале «Science».
Как мы различаем вкус?
Учёные проанализировали гены вкусовых рецепторов десятка видов животных и выяснили, что все животные имеют систему вкусовых восприятий в общих чертах сходную с человеческой. Хорошо известно, что мы различаем пять вкусов: сладкий, солёный, кислый, горький, мясной (белковый, или «умами»). Некоторые специалисты предлагают включить в этот список ещё и «жирный» вкус, так как его действительно ни с чем не сравнишь и не спутаешь.
Рецепторы вкуса, расположенные на языке, «включаются» с помощью находящегося на их поверхности белка. Соединяясь с пищей, белок активизирует работу рецепторов, и в мозг поступают сигналы о вкусе еды. Но в рамках сегодняшней темы нас интересуют всего два вкуса – сладкий и белковый. Большинство млекопитающих воспринимают растительные сахара благодаря работе двух белков: T1R2 и T1R3. Вкусовой рецептор, который обнаруживает белковый вкус, состоит из белков T1R1 и T1R3 (последние являются общими для птиц и животных).
Для сравнения: эволюция кошек
В 2005 году учёные из Филадельфии показали, что разные представители семейства кошачьих не способны воспринимать сладкий вкус в результате поломки одного из генов «сладкого» рецептора. Некоторые владельцы домашних кошек с удивлением возразили бы, что их питомицы любят сладкое. Однако это не так: интерес кошек к продуктам вроде йогурта или мороженого может объясняться тем, что для них эта еда представляет собой источник жиров или, например, привлекает молочным ароматом.
Хотя учёные убеждены, что кошки не чувствуют вкуса сладкого, они и не отрицают, что у этих животных всё же есть рецепторы, позволяющие различать сахар в высокой концентрации. Например, эксперимент, когда кошке предлагают выбор между обычным молоком и подслащённым, показывает, что кошка предпочтет молоко без добавок. Но, так или иначе, специалисты уверены: много сладкого кошкам есть вредно. У них в организме нет достаточного количества ферментов, необходимых для переработки сахара, и избыток углеводов может привести к развитию диабета. Об этом следует при и выборе кормов, которые нередко содержат в избытке кукурузу и другие зерновые.
Недавно авторы из той же лаборатории в Филадельфии проанализировали разные вкусовые рецепторы ещё у 12 представителей отряда хищных, включая дельфинов. Как выяснилось, ген сладкого вкуса продолжает функционировать у животных, которые разнообразят рацион растительной пищей. А вот у полноценных хищников, которые питаются только мясом или рыбой, этот ген «починке не подлежит».
Первые пернатые сладкоежки
Доктор эволюционной биологии Мод Болдуин (Maude Baldwin) и её коллеги изучили геномы десяти видов птиц, в том числе куриц, колибри и ласточек в поисках генов, отвечающих за вкусовые рецепторы. Однако таковых у птиц попросту не оказалось, и кодирования белка T1R2 у них не происходит. То есть, по сути, пернатые не чувствуют сладкого вкуса. В таком случае становится загадкой, зачем колибри ищут нектар?
Исследователи клонировали гены вкусовых рецепторов T1R1, T1R2 и T1R3 из всеядных кур, насекомоядных стрижей и сластён-колибри. Затем они проверили, как производимые ими белки вкусовых рецепторов реагировали на различные ароматы в пробирках. Рецепторы кур и стрижей продемонстрировали явную реакцию на аминокислоты, отвечающие за вкус умами. Рецепторы колибри, в свою очередь, почти не заинтересовал вкус умами, зато они отреагировали на сладкие ароматы углеводов.
Чтобы найти молекулярную основу такого различия, Болдуин и её команда создали гибриды вкусовых рецепторов с помощью различных частей рецепторов колибри и куриц. Путём модификаций куриного рецептора в 19 различных местах учёным удалось заставить его реагировать на сахар. Однако исследователи подозревают, что существует и другие варианты мутаций, способных изменить вкусовые пристрастия птиц.
Как это изменило птиц?
Так как структура аминокислот и сахаров очень сильно отличается, очертания «перестроенного» рецептора также серьёзно изменились. Кроме того, произошло множество поведенческих и физиологических изменений, которые выделили колибри из основной массы птиц: небольшой размер тела, совершенно непригодные для ходьбы маленькие лапки, длинный тонкий клюв и глубоко раздвоенный язык, который может далеко выдвигаться изо рта.
Все птицы являются потомками хищных динозавров, однако 42 миллиона лет назад эволюционная дорога птах-сладкоежек разошлась с ближайшими насекомоядными родственниками. Это изменение в тот или иной момент коснулось и других птиц, питающихся сладкими продуктами – попугаев, медососовых птиц, иволги… Их переход на растительную диету привёл к ослаблению действия стабилизирующего отбора, в результате чего мутации передавались потомкам и способствовали появлению современных видов пернатых.
Однако белковая пища не исчезла полностью из их рациона. Прежде полагали, что колибри питаются только нектаром цветов. По крайней мере, для выкармливания птенцов этого вполне достаточно. Но для чего, в таком случае, птицам желудок? Сладкий сок вполне можно было бы переваривать и без него, особенно учитывая, что для удобства полёта птицы намеренно исключили из своей анатомии всё, что добавляет лишний вес.
Для обеспечения жизнедеятельности взрослых птиц всё же необходим белок, поэтому значительную часть их рациона всё же составляют мелкие насекомые, которых они достают из цветков или с поверхности листьев. Иногда они ловят добычу налету или выхватывают добычу, завязшую в паутине. Кроме того, они специально ищут жучков и паучков на ветках и листьях деревьев. А что делать? Обмен веществ у этих крошек настолько быстрый, что за день им приходится съедать больше массы собственного тела…
|
