Пингвины потеряли способность различать большую часть вкусов
Генетики из Мичиганского университета пришли к выводу, что пингвины потеряли способность различать три из пяти основных вкусов – сладкий, горький и умами (или вкус мяса). Причём утрата этой способности произошла более 30 миллионов лет назад.
Так как пингвины глотают добычу целиком, не разжёвывая, они не нуждаются в восприятии вкусов (фото John Landis/NSF, Wikimedia Commons).
Напомним, что большинство позвоночных способны различать пять основных вкусов: сладкий, кислый, солёный, горький и умами. В последние 15 лет учёные значительно продвинулись в понимании молекулярных основ вкусовых ощущений и получили много новых данных о генах вкусовых рецепторов. Это помогло исследователям понять вкусовые "способности" животных.
Так, по сравнению с млекопитающими, птицы считаются весьма плохими дегустаторами. Отчасти это обусловлено тем, что на их языках расположено меньше вкусовых рецепторов и им не хватает зубов для пережёвывания (перемалывания и измельчения) пищи.
Предыдущие генетические исследования показали, что ген, отвечающий за восприятие сладкого вкуса, отсутствует в геномах всех видов современных птиц. При этом у колибри, иволги и медоносных пчёл рецепторы умами модифицировались таким образом, что позволяют животным воспринимать сладкий вкус.
В случае с пингвинами работа началась с того, что китайские учёные упорядочили геномы императорских пингвинов и пингвинов Адели. Когда же исследователи начали их изучать, выяснилось, что информации о генах некоторых вкусовых рецепторов в ДНК птиц отчего-то нет. Тогда орнитологи Поднебесной обратились к своим американским коллегам с просьбой помочь выяснить, было ли отсутствие генов результатом получения неполной генетической последовательности или же это проделки эволюции.
Исследователи из США ещё раз изучили генетические данные пингвинов Адели и императорских пингвинов, а также проанализировали образцы тканей антарктических, хохлатых и королевских пингвинов, а затем ещё восьми других видов птиц не родственных пингвинам. Также в ходе своей научной работы учёные проверили публично доступные геномы 14 видов птиц (белых цапель, зябликов, попугаев, соколов, кур, диких уток, мухоловок и других).
Оказалось, что у всех пяти видов пингвинов действительно нет генов рецепторов сладкого, горького и умами вкусов. У пингвинов Адели и императорских пингвинов остались псевдогены (генетические последовательности, подобные генам, но не кодирующие белки) рецепторов умами и горького вкуса. Тут стоит заметить, что часто псевдогены становятся результатом накопления нескольких мутаций.
Изучение геномов птиц, не относящихся к семейству пингвиновых, показало наличие генов рецепторов умами и горького вкуса, а также ожидаемо подтвердило отсутствие рецепторов сладкого вкуса. Таким образом исследователи показали: пингвины по каким-то причинам утратили способность чувствовать три вкуса из пяти.
Совокупность всех этих результатов указывает на то, что способность чувствовать умами и горький вкус были утеряны общим предком всех пингвинов, в то время как способность чувствовать сладкий вкус была утрачена ещё ранее, пишут авторы исследования в статье в журнале Current Biology.
Как известно, нелетающие водоплавающие птицы питаются в основном рыбой, так что особое недоумение вызвало открытие их неспособности чувствовать вкус умами.
"Пингвины едят рыбу, поэтому логично было бы предположить, что они обладают генами рецепторов умами, но по какой-то причине это не так, – рассказывает профессор экологии и эволюционной биологии Цзяньчжи Чжан (Jianzhi Zhang) из университета Мичигана. – Эти результаты оказались неожиданными и загадочными, и точного объяснения для них у нас пока нет. Однако есть несколько идей".
Чжан подозревает, что потеря чувственных ощущений у пингвинов связана с древними климатическими изменениями – похолоданиями в Антарктике, где и появились эти необычные птицы. По мнению учёного, наиболее вероятная гипотеза заключается в том, что гены были утеряны, так как холодные антарктические температуры мешали восприятию вкуса.
Пингвины как отдельное семейство возникли в Антарктиде после отделения от трубконосых птиц около 60 миллионов лет назад. Основные роды пингвинов были сформированы около 23 миллионов лет назад. Потеря способности ощущать вкусы, скорее всего, произошла во время драматического похолодания около 37 миллионов лет назад.
Последнюю гипотезу подтверждают исследования, проведённые на мышах. Они показали, что белок TRPM5, который необходим для восприятия нервной системой сигналов сладкого, горького и умами вкусов и присутствует у всех позвоночных, плохо работает при низких температурах. По мнению Чжана, потеря вкусовых генов во многом связана с этим необычным свойством данного белка.
Что любопытно, у грызунов белок TRPM5 также участвует в секреции инсулина и обнаружении феромонов. Если в организме пингвинов он выполняет и эти функции, то возникает вопрос: почему это свойство, более важное для естественного отбора, не было утрачено, несмотря на воздействие низких температур.
Ещё в 1998 году анатомическое исследование четырёх видов пингвинов не обнаружило вкусовые рецепторы на их языках. Уже тогда биологами было высказано предположение, что эти птицы хуже различают вкусы. То же исследование показало, что на языках пингвинов присутствует лишь один тип сосочков — грибовидных. На них же сосредоточено большинство вкусовых рецепторов у человека (хотя на языке людей целых четыре типа сосочков).
Сосочки пингвинов жёсткие, острые и покрыты толстым роговым слоем. Скорее всего, языком эти птицы пользуются в основном для ловли и удержания скользкой рыбы и другой добычи. Эти анатомические данные соответствуют результатам генетического исследования, однако учёные не знают, какие изменения в процессе эволюции произошли первыми анатомические или всё же сенсорные.
Пингвины заглатывают свою пищу целиком, то есть, по сути, не нуждаются во вкусовом восприятии. Однако непонятно, было ли это следствием или причиной утраты способности ощущать некоторые вкусы.
Способность чувствовать кислый вкус, вероятно, сохранилась для того, чтобы животные могли отличить свежую пищу от испорченной.
