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食蟲蝙蝠（鼠耳蝠）?Sherri and Brock Fenton攝

■本報(bào)記者 張晴丹

對(duì)于甜食，人們總是沒有什么抵抗力，甜味被認(rèn)為是“幸福的味道”。然而，在自然界中，卻有一些動(dòng)物對(duì)甜味完全“無感”，因?yàn)樗鼈兏緡L不到甜味。

為探究其中的奧秘，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授趙華斌團(tuán)隊(duì)選擇蝙蝠開展了相關(guān)研究，并找到了答案。他們結(jié)合基因組數(shù)據(jù)分析、進(jìn)化分析以及細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)等手段，發(fā)現(xiàn)食蟲蝙蝠不能感知甜味，并進(jìn)一步揭示了食蟲蝙蝠無法品嘗甜味的分子機(jī)制。近日，這項(xiàng)研究成果發(fā)表在美國《國家科學(xué)院院刊》上。

與食性密切相關(guān)

人和一些動(dòng)物為何可以品嘗食物的味道？這要?dú)w功于味覺相關(guān)的受體基因。味覺對(duì)于動(dòng)物的生存非常重要，大多數(shù)脊椎動(dòng)物具備最基本的五種味覺感知形式，包括酸味、甜味、苦味、咸味和鮮味。

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

以大熊貓為例，它主要以竹子為食、不愛吃肉，這其中的主要原因是，經(jīng)過漫長歲月，其負(fù)責(zé)感知肉類鮮美的鮮味受體基因已經(jīng)演化為“假基因”，即一種核苷酸序列同其相應(yīng)的正常功能基因基本相同，但卻不能合成功能蛋白質(zhì)的失活基因，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(fù)責(zé)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(dòng)物只鐘情于肉類，比如豹子、老虎和獅子等，因?yàn)槠涫澄锏某煞钟砂被岷偷鞍踪|(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(dòng)物類群中，味覺受體基因的序列演化并不能用于解釋動(dòng)物的取食生態(tài)學(xué)。

“我們對(duì)蝙蝠基因組進(jìn)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(guān)。食蟲蝙蝠與食果蝙蝠的甜味受體基因都是完整的?！闭撐牡谝蛔髡?、武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院特聘副研究員焦恒武告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

進(jìn)一步的進(jìn)化分析也顯示，這兩類蝙蝠的甜味受體基因序列進(jìn)化速度相似，序列并未發(fā)生顯著改變。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也沒有失活。

從細(xì)胞學(xué)和行為學(xué)來驗(yàn)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。基因序列的保守并不一定意味著基因功能的保守。

“我們從細(xì)胞水平上進(jìn)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(duì)一種食果蝙蝠（棕果蝠）和一種食蟲蝙蝠（大足鼠耳蝠）進(jìn)行了經(jīng)典的“雙杯實(shí)驗(yàn)”，即以一杯含糖的水或搗碎的蟲漿作為實(shí)驗(yàn)組，以一杯普通的水或蟲漿作為對(duì)照組，觀測并統(tǒng)計(jì)蝙蝠的取食量。

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(duì)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)體系的合理性，團(tuán)隊(duì)又補(bǔ)充了一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，將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(duì)苦味物質(zhì)明顯拒絕。這充分證明了行為實(shí)驗(yàn)的可靠性。

最后，通過構(gòu)建嵌合體進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，研究人員進(jìn)一步鑒定出，正是因?yàn)槭诚x蝙蝠甜味受體的VFD關(guān)鍵功能域積累了一些突變，才導(dǎo)致其甜味感知功能的丟失。

基因功能發(fā)生轉(zhuǎn)變

至于為什么食蟲蝙蝠的甜味受體基因沒有失活，目前還沒有答案。

通常來說，一個(gè)基因如果不再被需要，就會(huì)逐漸丟失。食蟲蝙蝠的飲食習(xí)慣與糖分并無交集，但甜味受體基因卻仍被保留下來?！罢f明這個(gè)基因仍然有用，我們推測它可能發(fā)生了功能轉(zhuǎn)變?！苯购阄浔硎尽?/p>

為了找尋這一基因的功能，團(tuán)隊(duì)試驗(yàn)了十幾種化合物，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人吃驚的現(xiàn)象。雖然行為學(xué)和細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)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他化合物的功能。

實(shí)際上，這個(gè)工作也呼應(yīng)了哈佛大學(xué)科研人員2014年發(fā)表于《科學(xué)》的一篇論文，論文指出蜂鳥沒有甜味受體基因但卻可以感知甜味?！八麄儼l(fā)現(xiàn)蜂鳥的一個(gè)鮮味受體發(fā)生了功能轉(zhuǎn)變，從而能夠感知甜味?！壁w華斌指出，“這也表明，甜味受體同樣可以轉(zhuǎn)變成其他功能，同時(shí)丟失其原有的功能?！?/p>

“這是很神奇的現(xiàn)象，功能發(fā)生轉(zhuǎn)變，從一個(gè)功能轉(zhuǎn)為另外一個(gè)功能?？梢?，動(dòng)物甜味受體基因的功能具有很強(qiáng)的進(jìn)化可塑性?！壁w華斌說，“未來會(huì)針對(duì)哺乳動(dòng)物、脊椎動(dòng)物開展相關(guān)研究，相信會(huì)有更多的發(fā)現(xiàn)?！?/p>

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2021516118