Ученые расшифровали удивительный генетический механизм, позволяющий птицам с удовольствием поедать даже те фрукты, которые млекопитающим кажутся невыносимо кислыми. Они обнаружили ключевую мутацию в гене вкусового рецептора OTOP1, подавляющую восприятие кислоты, что дало птицам огромное эволюционное преимущество — доступ к обилию источников пищи, недоступному другим животным. Открытие меняет устоявшиеся представления об эволюции питания птиц и о причинах их экологического успеха. Исследование опубликовано в журнале Science.
Для большинства млекопитающих, включая человека, сильно кислый вкус неприятен и служит сигналом о неспелости или испорченности плодов. Однако многие птицы, такие как канареечные вьюрки, с аппетитом клюют лимоны, неспелые манго и другие чрезвычайно кислые фрукты и ягоды. Этот контраст долго озадачивал ученых. Понимание вкусового восприятия, особенно кислого, у птиц долгое время оставалось малоизученной областью. Всего семь лет назад ученые идентифицировали у позвоночных непосредственный рецептор кислого вкуса — белок OTOP1, однако до сих пор исследования были сосредоточены на разнообразии пищевых предпочтений птиц, а не на причинах, их определяющих.
Чтобы понять, как птицам удается мириться с кислым вкусом, международная команда ученых провела серию экспериментов. Они выделили рецепторы OTOP1 у мышей (типичных представителей класса млекопитающих), домашних голубей и канареечных вьюрков (род Serinus), а затем подвергли эти рецепторы действию растворов с разной кислотностью, сравнимой с кислотностью лимона. Активность рецепторов исследователи измеряли по его электрической реакции на кислоту. Однако ключевым методом стал сайт-направленный мутагенез: ученые целенаправленно изменяли участки гена, кодирующего OTOP1 у птиц, чтобы точно определить, какие аминокислоты в структуре белка отвечают за необычную реакцию. Это позволило сравнить белковые последовательности OTOP1 у разных видов птиц и даже включить птичий вариант гена в геном мышей.
В результате в то время как мышиный OTOP1 резко активизировался с ростом кислотности (объясняя, почему млекопитающие чувствуют кислое сильнее), рецепторы голубя и канарейки, наоборот, снижали свою активность в кислых растворах. Это означает, что птицы просто не ощущают такой сильный кислый вкус, как млекопитающие. Путем мутагенеза ученые выявили четыре аминокислоты-кандидата, ответственные за эту толерантность. Особенно важной оказалась одна из них, обозначенная как G378. Она присутствует почти исключительно у певчих птиц, таких как канарейка. У голубей, в свою очередь, этой мутации не оказалось, поэтому их толерантность к кислому ниже. «Одна-единственная аминокислота в птичьем OTOP1 может повысить толерантность к кислому», — подчеркнул Лэй Ло из Китайской академии наук.
Сравнение OTOP1 у разных птиц и реконструкция эволюционного древа показали, что мутация G378 появилась у предков современных певчих птиц между 34 и 23 миллионами лет назад. Это произошло у последнего общего предка медососовых (птиц, обитающих в Австралазии) и большой группы певчих птиц, включающей ворон и канареек. Интересно, что появление G378 совпало по времени с восстановлением способности ощущать сладкий вкус у певчих птиц. Внедрение канареечной версии гена OTOP1 мышам подтвердило гипотезу: такие мыши демонстрировали повышенную толерантность к кислому без иных изменений в восприятии вкуса.
Открытие имеет огромное значение для понимания эволюции птиц и их экологической роли. Способность есть кислые фрукты предоставила птицам доступ к обилию ресурсов, недоступному для большинства млекопитающих. Кроме того, эта способность представляет собой классический пример коэволюции: растения получают выгоду, так как птицы разносят их семена с пометом. Возможность питаться более разнообразной, в том числе очень кислой, пищей также могла стать ключом к выживанию птиц. «Эта способность могла позволить птицам переживать природные катастрофы лучше, чем другим животным, просто потому что они могут переносить источники пищи, которые другие животные не могут», — отметил Кайл Киттельбергер из Университета Юты. Будущие исследования могут быть направлены на изучение пищевых предпочтений других активных потребителей фруктов, таких как попугаи. Понимание того, как генетические изменения вкуса повлияли на диверсификацию птиц, в дальнейшем поможет найти объяснение, почему они стали одной из самых распространенных и успешных групп позвоночных животных в мире.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
