Кисломолочные продукты и кислые фрукты часто отвергаются млекопитающими, но многие птицы регулярно питаются плодами с высоким содержанием кислоты. Эволюция предоставила им хитрую стратегию для употребления чрезвычайно кислых фруктов.
В журнале Science опубликовано исследование, в котором говорится, что рецепторы восприятия кислого вкуса у птиц отключаются при воздействии кислой пищи. Это снижает передачу сигналов о кислом вкусе и, таким образом, влияет на их восприятие и толерантность к кислой пище.
Результаты указывают на то, что молекулярная эволюция рецепторов кислого вкуса у птиц могла сыграть ключевую роль в их эволюции и диверсификации. Интересно, что у певчих птиц это, по-видимому, произошло одновременно с эволюцией восприятия сладкого вкуса, что предполагает возможную коэволюцию кислого и сладкого вкуса.
Птицы — одна из самых разнообразных и харизматичных групп наземных позвоночных. Критическим фактором, сформировавшим их эволюционную историю, является способность гибко адаптироваться к пищевым ресурсам и осваивать новые пищевые ниши. Плоды, в частности, являются важным источником пищи для большинства видов птиц, обеспечивая важный источник энергии, особенно во время миграции или в периоды нехватки пищи.
В новом исследовании учёные из Куньминского института зоологии Китайской академии наук и Института биологического интеллекта Макса Планка обнаружили, что птицы выработали высокую толерантность к кислой пище благодаря молекулярным изменениям в их рецепторах кислого вкуса. Эта эволюционная черта, возможно, помогла им расширить ареалы и занять разнообразные экологические ниши.
Это исследование открывает новый взгляд на понимание эволюции чувств животных и экологической адаптации.
Рецепторы кислого вкуса у птиц
Кисломолочные продукты и кислые фрукты часто отвергаются млекопитающими, но многие птицы могут регулярно питаться плодами, которые чрезвычайно кислые, включая некоторые дикие плоды с pH около 2,5.
Команда определила ключевого участника этой толерантности: рецептор кислого вкуса отопетрин 1 (OTOP1), который активно отключается в среде с низким pH у некоторых птиц, снижая передачу сигналов о кислом вкусе и, таким образом, уменьшая их негативную реакцию на кислую пищу.
С помощью технологии генного редактирования исследователи ввели ген OTOP1 от канарейки (певчей птицы) в мышей. Они обнаружили, что у модифицированных мышей значительно снизились нейронные реакции на кислые стимулы. Кроме того, они обнаружили, что ингибирование рецептора кислого вкуса OTOP1 значительно ослабило способность голубей и канареек переносить кислоты, подтверждая центральную роль этого рецептора в восприятии кислого вкуса и толерантности к кислому у птиц.
Дальнейший анализ выявил четыре ключевых аминокислотных сайта (H239, L306, H314, G378), которые способствуют кислотоупорным свойствам рецептора. В отличие от других птиц, певчие птицы (например, канарейки) обладают последней мутацией в этом списке — G378, которая обеспечивает ещё более высокую кислотоустойчивость.
Реконструировав предковые вкусовые рецепторы в разных местах на эволюционном дереве певчих птиц, исследователи также обнаружили, что повышенная кислотоустойчивость у этих птиц совпала с появлением восприятия сладости, что повышает вероятность того, что восприятие кислого и сладкого вкуса у певчих птиц развивалось параллельно.
Это скоординированное изменение в восприятии сладкого и кислого вкуса могло позволить им расширить свои пищевые предпочтения, включив в них не только высококислые фрукты, но и сладкие ресурсы, такие как нектар, и могло повлиять на певчих птиц — группу птиц, включающую почти половину всех видов птиц, живущих сегодня.
Это исследование предполагает, что функциональная эволюция рецепторов кислого вкуса могла сыграть ключевую роль в формировании эволюции птиц, предоставляя новые сведения о молекулярных механизмах сенсорной адаптации животных к окружающей среде.
Предоставлено Max Planck Society.