Чтобы ощутить вкус цветочного нектара, колибри пришлось адаптировать вкусовой рецептор, который изначально не предназначался для восприятия сладкого.
Метаболизм колибри отличается поразительной скоростью, даже среди птиц. Это легко объяснить, если обратить внимание на частоту их взмахов крыльев. Если измерить сердечный ритм колибри, можно обнаружить, что их сердце бьётся со скоростью до 20 ударов в секунду. Такая физиология требует постоянного поступления энергии, то есть питательных веществ, и хотя колибри могут ловить насекомых, основой их рациона является цветочный нектар, насыщенный сахарами. В этом смысле их выбор действительно уникален — ни одна другая птица не «освоила» нектар так, как это сделали колибри.
Колибри достигли значительного эволюционного успеха: более 300 видов этих птиц распространились по Северной и Южной Америкам, от тропических лесов до высокогорий Анд. Однако, чтобы выбрать сладкий и богатый углеводами нектар, колибри должны иметь возможность ощущать его сладкий вкус. И здесь возникает одна из самых интересных эволюционных и генетических загадок: у птиц отсутствуют рецепторы сладкого вкуса.
Известно, что существует всего пять основных вкусов: горький, кислый, сладкий, солёный и умами, также известный как вкус белковых веществ. Для каждого из этих вкусов существуют свои рецепторы. Например, у млекопитающих сладкий вкус распознаётся благодаря рецепторным белкам T1R2 и T1R3, а вкус умами «чувствуют» белки T1R1 и T1R3. Однако, когда в 2004 году был секвенирован геном курицы, не было найдено никаких следов гена T1R2, необходимого для восприятия сладкого. Этот ген отсутствует и в других птичьих геномах. T1R3 присутствует, но одного его недостаточно для восприятия сладкого вкуса. Кстати, кошки тоже не ощущают сладкого, но у них есть нефункциональный «ген сладкого вкуса», который когда-то работал, а теперь — нет. У птиц же даже такой вариант отсутствует. И возникает вопрос: как колибри смогли полюбить сладкое, если не могут его почувствовать?
Разгадать эту загадку попытались исследователи из Гарварда совместно с коллегами из Токийского университета. Они решили напрямую проверить, как белки вкусовых рецепторов птиц реагируют на различные вкусы. Для этого клетки, синтезирующие рецепторные белки для вкуса умами (T1R1 и T1R3), подвергали воздействию различных вкусовых раздражителей; гены белков были получены от кур, колибри и стрижей, от которых, как считается, произошли колибри. Результаты экспериментов были опубликованы в журнале Science.
Выяснилось, что рецепторы кур и стрижей активно реагируют на вкус умами, или вкус белка. В то же время у колибри тот же самый рецептор слабо реагировал на вкус белка, но активно откликался на углеводы. Это означает, что вкусовой рецептор колибри, можно сказать, изменил свою специализацию. Очевидно, это произошло благодаря мутациям — авторы исследования насчитали 19 мутаций, которые могли бы изменить куриный рецептор умами для восприятия сладкого, но на самом деле их может быть больше, и для их полного определения необходимо детально изучить рецепторные белки колибри.
Полученные результаты не только открывают новые горизонты в понимании удивительных колибри и их эволюции. История о том, как вкусовой рецептор неожиданно изменил свою функцию, подчеркивает важность комплексного изучения генов — недостаточно знать их последовательность и происхождение, необходимо также исследовать функцию белка, информация о которой содержится в гене.
