Ночницы не почувствовали сладкого несмотря на наличие нужного рецептора

Насекомоядные летучие мыши утратили способность различать сладкий вкус, хотя гены, которые кодируют соответствующий рецептор, у них все еще экспрессируются. К такому выводу пришли китайские ученые, совместив результаты генетического анализа с поведенческими тестами. В частности, они обнаружили, что фруктоядные крыланы предпочитают подслащенную воду, а насекомоядные ночницы не делают разницы между обычными мучными червями и теми, в которых добавили сахар. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.

Способность воспринимать вкусы играет важную роль в жизни животных, позволяя им находить пищу и отличать съедобные объекты от несъедобных. Неудивительно, что эволюция вкусовых рецепторов тесно связана с образом жизни. Например, по сравнению с хищниками у травоядных и насекомоядных позвоночных больше генов из семейства Tas2r, которые кодируют рецепторы горького вкуса. Эта особенность позволяет им выявлять токсины растений и насекомых. В то же время у хищных млекопитающих потерял функциональность ген Tas1r2, необходимый для восприятия сладкого вкуса. 

Рукокрылые, однако, несколько выбиваются из этого правила. Недавнее исследование сорока двух видов летучих мышей и крыланов показало, что и фруктоядные, и насекомоядные виды обладают рабочей версией гена Tas1r2. Более того, очищающее давление отбора на данный ген у представителей двух этих экологических групп примерно одинаковое. Между тем, рукокрылым, которые охотятся на насекомых, казалось бы, не нужно уметь воспринимать сладкий вкус. 

Разобраться в этом парадоксе решила команда биологов во главе с Хуабинем Чжао (Huabin Zhao) из Уханьского университета. Для этого им пришлось объединить данные генетического анализа с поведенческими тестами. 

На первом этапе авторы сравнили полные последовательности генов, кодирующих два белка, которые входят в состав рецептора сладкого вкуса (Tas1r2 и Tas1r3), у 34 видов рукокрылых из трех экологических групп: насекомоядных, фрукто / нектароядных и вампиров. Оказалось, что у обыкновенного вампира (Desmodus rotundus) оба гена, кодирующие рецептор сладкого вкуса, превратились в псевдогены и не экспрессируются. При этом у насекомоядных и фрукто / нектароядных видов данные гены остались неповрежденными (то есть они продолжают экспрессироваться) и подвергались очищающему отбору примерно равной силы.

Чжао и его коллеги предположили, что наличие функциональных генов рецептора сладкого вкуса необязательно гарантирует способность воспринимать его (например, ген может экспрессироваться, но рецептор не будет работать из-за мутации или неправильной регуляции). Эта мысль подтолкнула их к проведению поведенческого теста с двумя видами рукокрылых — ночницей Риккета (Myotis ricketti), которая питается насекомыми и рыбой, и фруктоядным пещерным крыланом (Rousettus leschenaultii).

Пойманных в природе представителей обоих видов разместили в лаборатории, а затем оценили их способность воспринимать сладкий вкус. Крыланам ученые предлагали две бутылочки с обычной и подслащенной водой и отслеживали, какая им понравится больше. Ночницы получают воду из насекомых и пьют редко, поэтому этим рукокрылым ученые предоставляли две мисочки с гомогенизированными мучными червями, содержимое одной из которых подслащивали. В качестве подсластителя для обоих видов использовали различные концентрации сахарозы, фруктозы и глюкозы. Кроме того, в некоторых тестах в воду или насекомых добавили горький гидрохлорид хинина.

Как и ожидалось, крыланы предпочитали обычной воде воду с сахарозой, фруктозой или глюкозой. А вот ночницы не делали различий между подслащенными и обычными червями, что указывает на неспособность воспринимать сладкий вкус (они избегали лишь фруктозы в самой высокой концентрации). Дополнительный эксперимент подтвердил, что с восприятием горького вкуса у ночниц все в порядке: к червям с хинином они проявляли выраженное отвращение. При этом, как показал анализ тканей языка, гены Tas1r2 и Tas1r3 экспрессируются у обоих изученных видов. 

Затем команда Чжао протестировала работу вкусовых рецепторов в клетках семи видов рукокрылых, включая два вида крыланов, три вида фрукто/нектароядных листоносов из Центральной и Южной Америки) и четыре вида насекомоядных летучих мышей. Оказалось, что рецепторы сладкого вкуса у крыланов активируются при воздействии фруктозы и сахарозы (но, неожиданно, не глюкозы даже в самых высоких концентрациях), а рецепторы остальных исследованных видов практически не реагируют ни на фруктозу, ни на сахарозу, ни на глюкозу (исключение составил лишь питающийся нектаром длинноязыкий листонос (Glossophaga soricina), рецепторы которого чувствительны к сахарозе). При этом гены Tas1r2 и Tas1r3 исправно экспрессируются в клетках всех изученных видов. 

Дополнительный анализ вкусовых рецепторов различных видов летучих мышей показал, что потеря чувствительности к сахарозе связана с мутациями в генах Tas1r2 и Tas1r3, а именно с заменами в доменах VFD, которые особенно важны для работы рецепторов Авторы полагают, что именно они ответственны за потерю способности воспринимать сладкий вкус у ряда рукокрылых. Вероятно, эта особенность связана с питанием насекомыми, при котором чувствительность к сладкому не важна. При этом виды из семейства листоносов, которые перешли на питание фруктами, не успели восстановить работу данных рецепторов.

Большие и малые панды в процессе эволюции перешли от хищничества к питанию растениями. В результате они утратили способность ощущать вкус умами, однако стали лучше чувствовать горечь. К таким выводам пришли исследователи, изучив разнообразие генов рецепторов горького TAS2R в геномах этих млекопитающих.

Сергей Коленов