Як птахи стали ласунами
Вчені давно були здивовані тим фактом, що колібрі віддають перевагу солодку дієту, при цьому навіть не маючи рецепторів, що відповідають за сприйняття відповідного смаку. Нещодавно з’ясувалося, що здатність тропічних птахів насолоджуватися нектаром виникла завдяки мутації в смаковому рецепторі, спочатку налаштованому на смак білкової їжі. Це дозволило колібрі зайняти унікальну екологічну нішу, відзначають автори статті в журналі «Science».
Як ми розрізняємо смак?
Вчені проаналізували гени смакових рецепторів десятки видів тварин і з’ясували, що всі тварини мають систему смакових сприйнять в загальних рисах подібну з людською. Добре відомо, що ми розрізняємо п’ять смаків: солодкий, солоний, кислий, гіркий, м’ясний (білковий, або «умами»). Деякі фахівці пропонують включити в цей список ще і «жирний» смак, так як його дійсно ні з чим не порівняєш і не сплутаєш.
Рецептори смаку розташовані на язиці, «включаються» з допомогою що знаходиться на їх поверхні білка. З’єднуючись з їжею, білок активізує роботу рецепторів, і в мозок надходять сигнали про смак їжі. Але в межах сьогоднішньої теми нас цікавлять лише два смаки – солодкий і білковий. Більшість ссавців сприймають рослинні цукри завдяки роботі двох білків: T1R2 і T1R3. Смаковий рецептор, який виявляє білковий смак, складається з білків T1R1 і T1R3 (останні є загальними для птахів і тварин).
Для порівняння: еволюція кішок
У 2005 році вчені з Філадельфії показали, що різні представники сімейства котячих не здатні сприймати солодкий смак в результаті поломки одного з генів «солодкого» рецептора. Деякі власники домашніх кішок з подивом заперечили б, що їх вихованки люблять солодке. Однак це не так: інтерес кішок до продуктів зразок йогурту або морозива може пояснюватися тим, що для них ця їжа являє собою джерело жирів або, наприклад, приваблює молочним ароматом.
Хоча вчені переконані, що кішки не відчувають смаку солодкого, вони і не заперечують, що у цих тварин все ж є рецептори, що дозволяють розрізняти цукор у високій концентрації. Наприклад, експеримент, коли кішці пропонують вибір між звичайним молоком і підсолодженим, показує, що кішка віддасть перевагу молоко без добавок. Але, так чи інакше, фахівці впевнені: багато солодкого кішкам їсти шкідливо. У них в організмі немає достатньої кількості ферментів, необхідних для переробки цукру, і надлишок вуглеводів може привести до розвитку діабету. Про це слід і при виборі кормів, які нерідко містять в надлишку кукурудзу та інші зернові.
Нещодавно автори з тієї ж лабораторії у Філадельфії проаналізували різні смакові рецептори ще у 12 представників загону хижих, включаючи дельфінів. Як з’ясувалося, ген солодкого смаку продовжує функціонувати у тварин, які урізноманітнюють раціон рослинною їжею. А ось у повноцінних хижаків, які харчуються виключно м’ясом або рибою, цей ген «ремонту не підлягає».
Перші пернаті ласуни
Доктор еволюційної біології Мод Болдуін (Maude Baldwin) і її колеги вивчили геноми десяти видів птахів, в тому числі курей, колібрі і ластівок у пошуках генів, що відповідають за смакові рецептори. Однак таких у птахів просто не виявилося, і кодування білка T1R2 у них не відбувається. Тобто, по суті, пернаті не відчувають солодкого смаку. В такому разі стає загадкою, навіщо колібрі шукають нектар?
Дослідники клонували гени смакових рецепторів T1R1, T1R2 і T1R3 з всеїдних курей, комахоїдних стрижів і сластьон-колібрі. Потім вони перевірили, як вироблені ними білки смакових рецепторів реагували на різні аромати в пробірках. Рецептори курей і стрижів продемонстрували явну реакцію на амінокислоти, які відповідають за смак умами. Рецептори колібрі, у свою чергу, майже не зацікавив смак умами, зате вони відреагували на солодкі аромати вуглеводів.
Щоб знайти молекулярну основу такого розходження, Болдуін і її команда створили гібриди смакових рецепторів за допомогою різних частин рецепторів колібрі і курок. Шляхом модифікацій курячого рецептора в 19 різних місцях вченим вдалося змусити його реагувати на цукор. Однак дослідники підозрюють, що існують і інші варіанти мутацій, здатних змінити смакові пристрасті птахів.
Як це змінило птахів?
Так як структура амінокислот і цукрів дуже сильно відрізняється, обриси «перебудованого» рецептора також серйозно змінилися. Крім того, відбулося безліч поведінкових і фізіологічних змін, які виділили колібрі з основної маси птахів: невеликий розмір тіла, абсолютно непридатні для ходьби маленькі лапки, довгий тонкий дзьоб і глибоко роздвоєний язик, який може далеко висуватися з рота.
Всі птахи є нащадками хижих динозаврів, однак 42 мільйони років тому еволюційна дорога птах-ласунів розійшлася з найближчими комахоїдними родичами. Це зміна в той чи інший момент торкнулося й інших птахів, що харчуються солодкими продуктами – папуг, медососовых птахів, іволги… Їх перехід на рослинну дієту привів до ослаблення дії стабілізуючого відбору, в результаті чого мутації передавалися нащадкам і сприяли появі сучасних видів пернатих.
Однак білкова їжа не зникла повністю з їхнього раціону. Раніше вважали, що колібрі харчуються тільки нектаром квітів. Принаймні, для вигодовування пташенят цього цілком достатньо. Але для чого, в такому випадку, птахам шлунок? Солодкий сік цілком можна було б перетравлювати і без нього, особливо враховуючи, що для зручності польоту птахи навмисно виключили зі своєї анатомії все, що додає зайву вагу.
Для забезпечення життєдіяльності дорослих птахів все ж необхідний білок, тому значну частину їх раціону все ж складають дрібні комахи, яких вони дістають із квіток або з поверхні листя. Іноді вони ловлять здобич нальоту або вихоплюють видобуток, завязшую в павутині. Крім того, вони спеціально шукають жучків і павучків на гілках і листках дерев. А що робити? Обмін речовин у цих крихт настільки швидкий, що за день їм доводиться з’їдати більше маси власного тіла…
