うま味受容体の変異が鳴き鳥を甘い歯に変えた

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うま味受容体の変異が鳴き鳥を甘い歯に変えた
Anonim
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白い目の蜂蜜愛好家(Phylidonyris novaehollandiae)。

鳥は進化の初期段階で甘い味を知覚する能力を失ったので、果物やネクターを食べる現代の種の祖先はこのスキルを再び学ばなければなりませんでした。たとえば、専門家が発見したように、鳴き鳥は約3,400万〜2,300万年前に甘いものを知覚することを再学習しました。この中で、彼らはうま味受容体の突然変異によって助けられ、そのおかげでそれはまた甘い味に反応し始めました。しかし、サイエンス誌の記事に記載されているように、今日昆虫や種子を食べている鳴き鳥でさえ、甘い食べ物を区別する能力をほとんど保持していました。

多くの鳥は、果物、花の蜜、および糖分が多いその他の食品を愛しています。そのような食事は、彼らがお菓子を区別するのが得意であることを示しています。それにもかかわらず、専門家に知られているように、進化の初期段階で、鳥はTAS1R2遺伝子を失いました。これは、甘い味覚受容体を構成する2つのタンパク質の1つを生成するために必要です。おそらく、この喪失は、初期の鳥が主に昆虫を食べ、甘い食べ物に遭遇することはめったにないという事実によるものです。その結果、果物や蜜を食べることに適応した種は、甘さを知覚する能力を再開発する必要がありました。たとえば、ハチドリは、タンパク質TAS1R1とTAS1R3で構成される、このためのうま味受容体を変更しました。

Max Planck Institute forOrnithologyのMaudeBaldwinが率いる生物学者のチーム(彼女は、ハチドリの甘味受容体の進化に関する上記の研究を主導した人でした)は、スズメ目。これには、ほとんどの現代の鳥種が含まれます。果物を食べる形態と蜜食性の形態は、このグループのさまざまな進化の枝に繰り返し現れましたが、彼らが互いに独立して甘さを知覚することを学んだのか、共通の祖先からこの能力を継承したのかは不明でした。

最初に、ボールドウィンと彼女の共著者は、主に蜜を食べるオーストラリアのミツスイ科の鳥である白い目の蜂蜜愛好家(Phylidonyris novaehollandiae)と行動テストを行いました。鳥は純粋な水と砂糖を加えた水から選択するように提案されました-そして彼らは甘い水を好みました。実験の結果は、蜂蜜愛好家が甘い味を区別できることを説得力を持って示しています。しかし、研究者が肉食性カナリア(Serinus canaria)で実験を繰り返したとき、彼らはまた、甘くした水へのより多くの関心を示しました。このように、果物やネクターを食べないスズメ目の鳥にも、甘い味を知覚する能力があります。

次のステップでは、研究者たちは、鳴き鳥(Passeri)でTAS1R1-TAS1R3うま味受容体がどのように機能するかを分析しました。果物や蜜を大量に消費する種(蜂蜜愛好家、メジロ(Zosterops japonicus)、ヒヨドリ(Hypsipetes amaurotis))では、これらの受容体はアミノ酸だけでなく、炭水化物-つまり、心に知覚されるだけでなく、甘い味を体験することもできます。同様の結果が、カナリアとシジュウカラ(Parus major)の肉食性および食虫性の種でも得られました。

追加の研究では、新生代初期の鳴き鳥から分裂したタイランチョウ亜グループの食虫性メンバーでは、TAS1R1-TAS1R3受容体はアミノ酸にのみ反応し、炭水化物には反応しないことが示されています。したがって、このグループでは、それらは精神による味覚の知覚にのみ役立ちます。著者によると、得られたデータは、スズメ目を鳴き鳥と泣き鳥に分けた後、うま味受容体が甘味受容体の追加機能を引き受けたことを示しており、これは鳴き鳥系統で一度だけ起こった。この考えを支持する追加の議論は、オーストラリアの原始的な鳴き鳥であるチャイロキノキ(Climacteris picumnus)のTAS1R1-TAS1R3受容体がアミノ酸に強く反応し、炭水化物にはるかに弱いという事実です。

スズメ目の進化のさまざまな段階で受容体の仮想構造を再構築した後、ボールドウィンと彼女の同僚は、甘い味を知覚する能力は、蜂蜜吸盤や他の鳴き鳥の共通の祖先ですでに生じているという結論に達しました。さらに、TAS1R1-TAS1R3が炭水化物に応答し始めるためには、その構成タンパク質の両方で変異が発生する必要がありました。著者が発見したように、TAS1R1タンパク質では、これらの変異は7つのアミノ酸からなる領域にあり、TAS1R3タンパク質では9つのアミノ酸からなる領域にあります。興味深いことに、受容体のリガンド結合領域にあるこれらのヌクレオチドの大部分は、ハチドリのようにTAS1R3ではなく、TAS1R1タンパク質にあります。したがって、うま味受容体に甘い受容体の追加機能を与えた特定の突然変異は、これらの2つのグループで異なります。リガンド結合領域に加えて、鳴き鳥のうま味受容体の変化は、受容体の活性化とシグナル伝達に関与する領域に影響を及ぼしました。

鳴き鳥の進化の初期段階はオーストラリアで起こり、明らかに、このグループの代表者が甘い味を知覚することを学んだのはここでした。ボールドウィンと彼女の共著者は、この変化は、3400万年から2300万年前の漸新世のオーストラリアの気候の漸進的な乾燥と関連している可能性があることを示唆しています。大陸が乾燥するにつれて、さまざまな種類のユーカリの木がここに広がりました。これらの木はしばしばマナと呼ばれる甘い排泄物を生成し、地元の鳥がそれを食べるのを楽しんでいます。おそらく、マナを食べることに適応して、現代の鳴き鳥の祖先は甘い歯に変わりました。しかし、うま味受容体の変異は、彼が甘い味も感じ始めたおかげで、さらに早く蓄積し始めた可能性があります。

オーストラリアからの鳴き鳥が世界の他の地域に定住した後、彼らは食事に関係なく、祖先の甘さの特徴を大部分保持していました。この特徴により、食虫性および肉食性の種でさえ、定期的に果物や蜜を食べ、比較的短時間で結実性および蜜食性の形態に進化することができます。

コウモリの祖先も甘い味を区別する能力を失いました。一部の食虫種はTAS1R2およびTAS1R3タンパク質遺伝子を保持していますが、突然変異によって損傷を受けて機能しません。まれな例外を除いて、果物や蜜を食べるように切り替えた葉を持つ家族の種でさえ、これらの受容体の働きを回復する時間がありませんでした。

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