В процессе эволюции колибри перепутали нектар с мясом
Колибри, питающиеся нектаром, явно предпочитают сладкую пищу, хотя теоретически не должны. Как правило, у птиц отсутствуют рецепторы, отвечающие за восприятие сладкого вкуса, так что он их не привлекает.
Маленькие ультрабыстрые пернатые радикально отличаются от собратьев и предпочитают напиток богов. Колибри постоянно испытывают чувство голода. Их метаболизм гиперактивен, сердце может биться 20 раз в секунду и часто, чтобы остаться в живых, им приходится съедать гораздо больше своей массы тела.
Бывает, что эти птицы случайно съедают и насекомых, но основной их источник пищи – нектар цветов, что достаточно нетипично для большинства пернатых.
Новое исследование специалистов из Гарвардского университета показало: в определённый момент эволюции у колибри изменился их рецептор вкуса умами (вкуса мяса), став рецептором сладкого вкуса.
Колибри занимают отдельную экологическую нишу. Маленькие пташки обитают по всей Северной и Южной Америке — от высокогорных лугов в Андах до тропических лесов — и они весьма разнообразны. Всего семейство включает более 300 видов, а самостоятельная их эволюция насчитывает 42 миллиона лет. Именно столько времени прошло с тех пор, как эволюционная дорога птах-сладкоежек разошлась с ближайшим насекомоядным родственником.
Учёные давно были озадачены тем фактом, что колибри явно предпочитают сладкую диету, не имея при этом рецепторов, отвечающий за восприятие этого вкуса.
Колибри, питающаяся нектаром цветков мимозы (фото George Grall, National Geographic Creative).
Большинство млекопитающих воспринимают растительные сахара благодаря работе двух белков: T1R2 и T1R3. Вкусовой рецептор, который обнаруживает умами (мясо, грибы), состоит из белков T1R1 и T1R3.
Однако, после того как исследователи секвенировали геном курицы в 2004 году, оказалось, что у птицы попросту не хватает гена, который кодирует T1R2 — один из важнейших компонентов рецептора. Та же картина была обнаружена и в геномах других птиц. То есть, по сути, они попросту не чувствуют сладкого вкуса.
Когда учёные расшифровали геномы кошек, львов, тигров и гепардов, то есть истинных хищников, которые также не чувствуют сладкого вкуса, они обнаружили в организме этих видов псевдоген (нефункционирующий ген, который потерял свои способности кодировать белки). Он отвечал за восприятие сладкого вкуса рецепторами. Но в геноме птиц не было даже такого псевдогена.
Чтобы выяснить, почему всё-таки колибри предпочитают нектар, докторант эволюционной биологии Мод Болдуин (Maude Baldwin) и её коллеги клонировали гены вкусовых рецепторов T1R1, T1R2 и T1R3 из всеядных кур, насекомоядных стрижей и колибри. Затем исследователи проверили, как белки вкусовых рецепторов, производимые этими генами, 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 стимулировал 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. Оказалось, что путём мутационных модификаций куриного рецептора в 19 различных местах его можно заставить реагировать на сладости. Однако исследователи подозревают, что существует ещё несколько мутаций, способствовавших изменениям в восприятии вкусов у колибри.
Дальнейшие исследования показали, когда это изменение могло возникнуть в процессе эволюции, как у колибри, так и у других питающихся сладкими продуктами птиц (например, у иволги, которая любит ягоды, или у медососовых птиц). Почему птицы потеряли свои рецепторы, отвечающие за восприятие сладкого вкуса, до сих пор не ясно. Но, скорее всего, это случилось из-за того, что сладкая пища исчезла из их рациона.
"Птицы являются потомками хищных динозавров , так что, возможно, этот ген был утрачен на ранней стадии", – считает Болдуин. – Однако изменённый вкусовой рецептор — не единственный удивительный аспект биологии колибри. Есть множество поведенческих и физиологических изменений, которые выделили колибри из основной массы птиц: например, небольшой размер тела и изменения в форме крыла, которые позволяют им парить не так, как остальные сородичи".
Научная статья Болдуин и коллег была опубликована в издании Science.
