Чувство вкуса необходимо животным, чтобы найти нужную пищу и избежать опасной — она зачастую имеет горький вкус. Новое исследование посвящено тому, когда появилась способность его различать. Ученые проанализировали геномы хрящевых рыб (акул и скатов). Оказалось, что реагирующие на горькое рецепторы имелись уже у общих предков хрящевых и людей, которые жили примерно 460 миллионов лет назад.
Человек и многие другие животные испытывают несколько вкусовых ощущений: сладкое, кислое, соленое, горькое, иногда также упоминают умами — вкус высокобелковой пищи, связанный с глутаматом. В отличие от прочих вкусовых ощущений, чувство горечи едва ли можно назвать приятным. Оно скорее должно отпугнуть животное, уберечь его от поедания чего-то токсичного и вредного — в этом заключается эволюционная роль горького вкуса. Однако оставалось непонятным, когда именно в ходе эволюции возникли необходимые для этого специализированные белковые молекулы — рецепторы.
Зато было известно, что рецепторы горького точно есть у костистых рыб и более сложно организованных позвоночных, включая млекопитающих и человека. Удалось также найти такие рецепторы у латимерии — «живого ископаемого», представителя кистеперых рыб. В то же время у круглоротых — позвоночных, не имеющих челюстей, — их пока обнаружить не удалось.
В новой статье для PNAS ученые обратили внимание на нужные для вкусовой рецепции гены у хрящевых рыб. Эта примитивная и древняя группа сейчас представлена акулами, скатами и химерами (цельноголовыми). Ранее исследования геномов хрящевых затрудняли их размеры. Вопреки ожиданиям, простая организация животного отнюдь не означает, что у него маленький геном и мало хромосом, иногда все как раз наоборот.
Однако прогресс методов секвенирования ДНК позволил преодолеть затруднения, так что авторы получили подробную информацию о ДНК множества видов хрящевых, включая акул и скатов. У 12 из них удалось обнаружить гены так называемых вкусовых рецепторов второго типа (taste receptors type 2, T2R), которые необходимы, чтобы почувствовать горечь.
Принцип такого поиска в геноме очень прост: общее происхождение и близкие функции белков означают высокое сходство (гомологичность) кодирующих их ДНК.
При этом в каждом из геномов нашли только одну копию T2R — ученые назвали их одиночными T2R (T2R1). Это означает, что рецепторы горького у хрящевых рыб появились до их удвоения и последовавшей за ним специализации. Авторы также оценили время появления первых таких рецепторов — они явно возникли до эволюционного расхождения предков акул и человека. Выходит, впервые белки появились у каких-то совсем примитивных морских существ, предков многих позвоночных, но, возможно, не круглоротых (например, миног и миксин). Это произошло около 460 миллионов лет назад, в палеозойскую эру.
Чтобы узнать, насколько функциональны закодированные в геномах хрящевых рецепторы, авторы клонировали их в культивируемые клетки двух видов акул — обыкновенной кошачьей (Scyliorhinus canicula) и белопятнистой кошачьей акулы (Chiloscyllium plagiosum). Две акулы сильно различаются — у них нет общих предков младше 200 миллионов лет. Далее на акульи клетки по очереди подействовали 94 соединениями, которые вызывают ощущение горечи во рту человека. Одиннадцать из них (включая колхицин и желчные кислоты) вызвали реакцию клеток — следовательно, и сами акулы тоже были приспособлены их распознавать.