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研究: 企鹅尝不到甜、苦与鲜味

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一巴布亚企鹅。图片来源:张建之一巴布亚企鹅。图片来源:张建之密歇根大学领衔的企鹅基因研究发现,至少两千万年前企鹅已经失去五种基本味觉中的甜、苦及鲜味。

密歇根大学生态学及演化生物学教授张建之(Jianzhi "George" Zhang)表示,因为企鹅是食鱼动物,失去"鲜味", 让人很是困惑。 他说:"企鹅吃鱼,所以他们应该需要鲜味受体基因。不过因某些原因,它们并没有鲜味受体基因,这让人惊讶。我们不知道具体原因,但有几个猜测。" 张教授猜测,企鹅味觉演变与南极古代气候事件相关。 他认为南极的极冷天气阻碍了味觉信号传递,导致基因丧失。

张教授与两名中国同事的研究发表在2月16日的《当代生物学》(Current Biology)上。第一作者为密大博士后,现任中国武汉大学教授的赵华斌(Huabin Zhao)。 另一名作者是中国深圳华大基因的李建文(Jianwen Li) 。

脊椎动物一般有五个基本味觉:酸甜苦鲜咸。在过去15年里,生物学家对基本味觉的分子基础的了解取得了长足进步,这为检测味觉受体基因从而推断尝味能力的研究敞开了大门。 与哺乳动物相比,鸟类有着较差的味觉,因为它们的舌头没有很多味蕾, 也没有牙齿咀嚼食物。之前的基因研究表明,所有鸟类都缺乏甜味受体基因。

研究人员查看了阿德利企鵝和皇帝企鹅的基因组数据,也分析了密大动物学博物馆提供的企鹅及其他鸟类样本组织(帽带企鹅、跳岩企鹅,王企鹅及其他8种与企鹅近亲鸟类),还调查了 14个非企鹅鸟类的基因组。 他们发现全部5种企鹅缺乏感受甜味、苦味、及鲜味功能的基因。所有非企鹅鸟类的基因组,包括白鹭、雀、鹅,鹦鹉、金刚鹦鹉、猎鹰、鸡和绿头鸭等,均有鲜味及苦味受体基因,不过并没有甜味受体基因。 张教授说:"我们的发现显示所有企鹅的共同祖先丢失了鲜味及苦味基因。而甜味基因早已失去。"

6000万年前,企鹅从海鸟中分化出来,安家在南极。 大约2300万年前,多种不同企鹅出现。味觉的流失可能就在期间的3700万年发生,而南极的天气骤寒也在这3700万年间发生。

张教授的团队猜测企鹅味觉基因的丢失与名为Trpm5的向神经系统传导甜味、鲜味及苦味的蛋白质有关。 先前的研究显示,老鼠的Trpm5 在低温下不能很好运作。 "这给我们一个提醒。 或许,味觉基因的失去与这个蛋白质在南极极端低温情况下不能运作有关。"

在老鼠身上, 胰岛素分泌和信息素检测都需要Trpm5 蛋白质。 企鹅的Trpm5需要同时在温暖的体内和冰冷的体表工作, 这是不大可能的。当这种矛盾产生的时候,自然选择就会将最重要的功能保留下来,舍弃不那么重要。

脊椎动物通常通过舌头表面的味蕾或者口腔内的其他地方感知味道。 人类的舌头有数千味蕾。 1998年解剖四种企鹅的研究没有发现它们的舌头有味蕾,显示它们的味觉已减弱。那个研究发现企鹅的舌头只有一个简单的舌乳头 ,而人类有四种舌乳头。企鹅舌乳突很僵硬,尖锐,覆盖着一个角状的厚层。这表明企鹅的舌头是用来捕获及紧含鱼或者其他猎物。这与企鹅没有3个味觉的基因的发现吻合。

张教授补充:"企鹅的饮食行为,舌头的形状及作用,均表明它们味觉退化。 虽然不清楚是饮食行为和舌头结构造成味觉的失去,还是味觉失去造成现在的饮食行为和舌头结构。 "

此研究由美国国家健康研究院(NIH), 中国国家自然科学基金会和武汉大学资助。密歇根大学动物学博物馆提供鸟类样本,华大基因分享企鹅和白鹭基因组。