Щоб відчути смак квіткового нектару, колібрі довелося переробити смаковий рецептор, зовсім не призначений для солодкого.
Обмін речовин у колібрі відрізняється неймовірною швидкістю, навіть за пташиними мірками. І зрозуміло, чому - досить подивитися, з якою швидкістю ці пташки махають крилами. Якщо виміряти серцевий ритм колібрі, то виявиться, що їх серце може битися зі швидкістю 20 ударів на секунду. Така фізіологія вимагає постійного припливу палива, тобто поживних речовин, і, хоча колібрі можуть ловити комах, основу їх раціону становить квітковий нектар, багатий на цукри. У харчовому відношенні це дійсно унікальний вибір - більше ніхто з птахів нектар так і не «освоїв».
Колібрі досягли непоганого еволюційного успіху: понад 300 їх видів поширилися Північною і Південною Америками, від тропічних вологих лісів до високогірних територій на схилах Анд. Однак для того, щоб зробити вибір на користь солодкого, багатого вуглеводами, енергоємного нектару, колібрі повинні б відчувати його солодкий смак. І ось тут криється одна з найбільших еволюційних і генетичних загадок: рецепторів солодкого смаку у птахів немає.
Відомо, що основних смаків всього п'ять: гіркий, кислий, солодкий, солоний і смак умами, або, як його ще називають, смак білкових речовин. Для кожного з них є свій тип рецепторів. Наприклад, у звірів смак солодких вуглеводів виникає завдяки рецепторним білкам T1R2 і T1R3, а смак умами «відчувають» білки T1R1 і знову T1R3. Але коли 2004 року секвенували геном курки, в ньому не виявили жодних слідів гена T1R2, без якого рецептор не може відчути солодке. Не виявилося його і в інших пташиних геномах. T1R3 був, але одного його, без напарника T1R2, для сприйняття солодкого смаку недостатньо. До речі, кішки теж не відчувають солодкого, проте в їхньому геномі є нефункціональний «ген солодкого смаку», який колись працював, а тепер - ні. Але у птахів навіть такий варіант відсутній. І тоді виникає питання, як колібрі змогли полюбити солодке, якщо вони його не відчувають?
Розгадати загадку спробували дослідники з Гарварду разом з колегами з Токійського університету. Вони вирішили безпосередньо перевірити, як білки смакових рецепторів птахів будуть реагувати на той чи інший смак. Для цього клітини, в яких синтезувалися рецепторні білки для смаку умами (T1R1 і T1R3), обробляли різними смаковими подразниками; гени білків були взяті від курей, колібрі і стрижів, від яких, як вважається, колібрі відбулися. Результати експериментів описані в статті в Science.
Виявилося, що рецептори курей і стрижів активно реагують на смак умами, або смак білка. А ось у колібрі той же самий рецептор погано відгукувався на смак білка, але зате активно реагував на вуглеводи. Тобто у колібрі смаковий рецептор, можна сказати, змінив спеціалізацію. Очевидно, сталося це завдяки мутаціям - автори роботи експериментально нарахували 19 мутацій, які могли б звернути курячий рецептор умами до солодкого смаку, але насправді їх може бути більше, і, щоб всі їх визначити, потрібно детально дослідити самі рецепторні білки колібрі.
Отримані результати не просто повідомляють нам щось нове про дивовижні колібрі та їхні еволюції. Історія про те, як смаковий рецептор раптом став не тим, чим здавався досі, ще раз вказує на важливість комплексного дослідження того чи іншого гена - мало знати його послідовність і генеалогію, потрібно ще й безпосередньо дослідити функцію білка, інформація про який укладена в гені.