Как дятел, питающийся муравьями, потерял вкус к сладкому древесному соку

Многие млекопитающие любят сладкое, но птицы в ходе эволюции утратили свой сладкий рецептор. Хотя колибри и певчие птицы независимо друг от друга перепрофилировали свой умами-рецептор (рецептор вкуса белков) для восприятия сахаров, оставалось неясным, как другие птицы ощущают сладкий вкус. Международная команда под руководством исследователей из Института биологического интеллекта Макса Планка показала, что дятлы также заново обрели сладкий вкус. Интересно, что вертишейки — специализированные муравьедные дятлы — избирательно утратили это приобретение благодаря простому и неожиданному изменению в рецепторе.

Птицы, потомки хищных динозавров, лишены части сладкого рецептора, который есть у млекопитающих. Это должно было сделать их нечувствительными к сахарам. Однако недавние исследования показали, что и колибри, и певчие птицы вновь обрели способность ощущать сахар, перепрофилировав свой умами-рецептор. Чтобы выяснить, как другие птицы чувствуют сахара, учёные сосредоточились на дятлах. Хотя они в основном насекомоядны, эта группа птиц включает виды, которые потребляют богатый сахаром древесный сок, нектар и фрукты.

Поведенческие тесты с дикими птицами показали, что дятлы явно предпочитают сахар и аминокислоты воде. Удивительно, но вертишейки, чей рацион почти исключительно состоит из муравьёв, проявляли предпочтение к аминокислотам, но не к сахарам.

Общий предок обладал сахарным рецептором

Функциональный анализ вкусовых рецепторов подтвердил, что рецепторы дятлов чувствительны к сахарам, а рецепторы вертишеек — нет. Реконструкция предковых форм показала, что общий предок вертишеек и дятлов уже обладал модифицированным умами-рецептором, способным реагировать на сахара. Это открытие выявило третий случай независимой эволюции восприятия сахара через модификацию умами-рецептора у птиц. Более того, оно означало, что вертишейки впоследствии утратили новую функцию рецептора.

Тщательный анализ различий между рецепторами вертишеек и дятлов показал, что изменения всего в одной аминокислоте в рецепторе вертишейки избирательно отключили восприятие сахара. При этом птицы сохранили способность ощущать вкус умами, что, вероятно, важно для насекомоядных птиц, потребляющих богатую белками пищу.

Эти результаты прослеживают эволюционную историю, в которой раннее приобретение восприятия сахара у дятлов (возможно, у их более древнего предка) сменилось реверсией, когда рецептор вертишеек был позже изменён. Учёные были удивлены, обнаружив, что эта реверсия вызвана изменением всего одной аминокислоты, действующей как молекулярный переключатель для избирательного регулирования чувствительности к сахару у вертишеек. В результате этого небольшого изменения вертишейки снова не могут обнаружить сахар в пище, но сохранили способность рецептора собирать информацию о содержании специфических аминокислот. Это имеет большой смысл, когда большая часть рациона состоит из муравьёв.

Исследование было опубликовано в журнале Current Biology.