食蟲蝙蝠（鼠耳蝠） ? ? Sherri and Brock Fenton攝影 ? ?趙華斌供圖

對于甜食，人們總是沒有什么抵抗力，甜味被認為是“幸福的味道”。然而，在自然界中，卻有一些動物完全對甜味“無感”，因為它們根本嘗不到甜味。

為了探究其中的奧秘，武漢大學生命科學學院教授趙華斌團隊選擇蝙蝠開展相關研究，并成功找到了答案。1月22日，這項研究成果發(fā)表在美國《國家科學院院刊》上，他們發(fā)現(xiàn)了食蟲蝙蝠不能感知甜味，并結(jié)合基因組數(shù)據(jù)分析、進化分析以及細胞功能實驗等手段來深入挖掘，揭示了食蟲蝙蝠無法品嘗甜味的分子機制。

與食性密切相關

人和動物為何可以品嘗食物的味道？這都要歸功于味覺相關的受體基因。味覺對于動物的生存非常重要，大多數(shù)脊椎動物都具備最基本的5種味覺感知形式，包括酸味、甜味、苦味、咸味和鮮味。

“味覺會幫助動物選擇食物，味覺受體基因以及功能的演化，通常與動物食性演化密切相關?！闭撐耐ㄓ嵶髡呲w華斌在接受《中國科學報》采訪時表示。

以大熊貓為例，主要以竹子為食，不愛吃肉，這其中的主要原因是負責感知肉類鮮美的鮮味受體基因經(jīng)過漫長歲月已經(jīng)演化為“假基因”，即一種核苷酸序列同其相應的正常功能基因基本相同，但卻不能合成出功能蛋白質(zhì)的失活基因，不再發(fā)揮作用，因而大熊貓無法感覺到肉的鮮味。

同樣的，甜味受體基因則負責感知食物中的糖類物質(zhì)，比如葡萄糖，果糖和蔗糖這三種最常見的糖類。趙華斌舉例，一些“專一”的肉食動物只鐘情于肉類，比如豹子、老虎和獅子等，因為其食物的成分由氨基酸和蛋白質(zhì)組成，基本沒有糖分，甜味的感知就逐漸被忽視，它們的甜味受體基因也演化為“假基因”，失去原有的功能。

然而，在有些動物類群中，味覺受體基因的序列演化并不能用于解釋動物的取食生態(tài)學。

“我們對蝙蝠基因組進行了數(shù)據(jù)挖掘，得到了34種蝙蝠代表物種的甜味受體基因全長序列。其中，只有吸血蝙蝠的甜味受體基因是‘假基因’，這可能與其特殊的吸血食性和狹窄的食譜相關。但食蟲蝙蝠與食果蝙蝠的甜味受體基因都是完整的。”論文第一作者、武漢大學生命科學學院特聘副研究員焦恒武博士告訴《中國科學報》。

進一步的進化分析也顯示，這兩類蝙蝠的甜味受體基因序列的進化速度相似，序列并未發(fā)生顯著的改變。這表明，即使食蟲蝙蝠的食物成分中已基本不含有糖分，它們的甜味受體基因并沒有失活。

從細胞學和行為學來驗證

然而，用味覺基因序列的演化模式來解釋蝙蝠的食性是遠遠不夠的?；蛐蛄械谋Ｊ夭⒉灰欢ㄒ馕吨蚬δ艿谋Ｊ?。

“我們從細胞水平上進行研究，發(fā)現(xiàn)食蟲蝙蝠的甜味受體基因雖然不是‘假基因’，但卻不能感知糖類物質(zhì)，而食果蝙蝠可以感知糖類物質(zhì)?！苯购阄湔f。

那么，在行為水平上，食蟲蝙蝠與食果蝙蝠的甜味感知是否有區(qū)別呢？

研究人員對一種食果蝙蝠（棕果蝠）和一種食蟲蝙蝠（大足鼠耳蝠）進行了經(jīng)典的“雙杯實驗”，即給蝙蝠一杯含糖的水或搗碎的蟲漿作為實驗組與一杯普通的水或蟲漿作為對照組，觀測并統(tǒng)計其取食量。

他們發(fā)現(xiàn)，棕果蝠更喜歡含糖的水，這表明其可以嘗到甜味；而大足鼠耳蝠對含糖或不含糖的蟲漿的取食量并無顯著偏好，說明大足鼠耳蝠的甜味感知能力丟失了。

為了驗證實驗體系的合理性，團隊又補充了一個對照實驗，把給食蟲蝙蝠的含糖蟲漿的杯子換成加入苦味化合物奎寧的杯子，結(jié)果看到食蟲蝙蝠對苦味物質(zhì)明顯拒絕。這充分證明了行為實驗的可靠性。

最后，通過構(gòu)建嵌合體進行細胞實驗，研究人員進一步鑒定出導致食蟲蝙蝠甜味受體丟失甜味感知功能的VFD關鍵功能域。正是因為食蟲蝙蝠甜味受體的VFD關鍵功能域積累了一些突變，才導致其甜味感知功能的丟失。

基因功能發(fā)生轉(zhuǎn)變

關于為什么食蟲動物的甜味受體基因沒有失活的問題，目前還沒有答案。

通常來說，一個基因如果不再被需要，就會逐漸丟失。食蟲蝙蝠的飲食習慣與糖分并無交集，但甜味受體基因卻仍被保留下來，“說明這個基因仍然有用，我們推測它可能發(fā)生了功能轉(zhuǎn)變。”焦恒武認為。

為了找尋功能，團隊試驗了十幾種化合物，發(fā)現(xiàn)一個令人吃驚的現(xiàn)象。雖然行為學和細胞學實驗證明了食蟲蝙蝠的甜味受體不能感知天然糖分，但是這些甜味受體卻具有感知其它化合物的功能。

實際上，這個工作也呼應了哈佛大學科研人員在2014年發(fā)表于《科學》的一篇論文，指出蜂鳥沒有甜味受體基因但卻可以感知甜味?！八麄冋业椒澍B的一個鮮味受體發(fā)生功能轉(zhuǎn)變，變成能夠感知甜味?！壁w華斌指出，“這也表示，甜味受體同樣可以轉(zhuǎn)變成其他功能，同時丟失其原有的功能?！?/p>

“這是很神奇的現(xiàn)象，功能會發(fā)生轉(zhuǎn)變，可以從一個功能轉(zhuǎn)為另外一個功能?？梢姡瑒游锾鹞妒荏w基因的功能具有很強的進化可塑性。”趙華斌說，“未來會針對哺乳動物、脊椎動物開展相關研究，將會有更多的發(fā)現(xiàn)?！?/p>

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2021516118




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