1. oldal
2004-ben a csirke volt az első olyan madár, amelynek a teljes genomját szekvenálták. DNS-éből érdekes dolgok derültek ki, egyebek mellett az is, hogy hiányzik egy génje, amely az emlősökben viszont megvan. A T1R2 nevű gén bennünk és állati rokonaikban az édes íz érzékeléséért felelős receptort kódolja, vagyis a csirkék a jelek szerint nem képesek az édes táplálékok élvezetére. Ezzel ráadásul messze nincsenek egyedül a madárvilágban. Maude Baldwin, a Harvard és Toda Jaszuka, a Tokiói Egyetem kutatója tíz különböző madárfaj génállományát vizsgálta meg a sólyomtól kezdve, a pintyeken át, a hattyúkig, és egyikük sem rendelkezett a T1R2-génnel. A krokodilokban viszont, amelyek a madarak közeli rokonai, megvan a genom ezen szakasza. Úgy tűnik tehát, hogy a kistermetű dinoszauruszokból kifejlődött madarak valamikor az evolúció során elvesztették az édes ízek érzékelésének képességét.
De mi a helyzet a kolibrikkel? A madarak ezen képviselői gyakorlatilag kizárólag nektáron élnek, és minél édesebb az anyag, annál jobban kedvelik. Ha nem elég édes a virág által termelt nedű, egyszerűen nem hajlandók elfogyasztani. A T1R2-gén belőlük is hiányzik, de az édes ízt nyilvánvalóan képesek érzékelni. Baldwin és Toda rájött, hogy hogyan lehetséges ez: a kolibrikben két másik ízlelőgén alakítódott át, és vált „édesszájú”-génné. A gének által kódolt, eredetileg sós ízek érzékelésére specializálódott receptorok úgy változtak meg, hogy immár az édes ízeket is érzékelik.
A gerincesek túlnyomó többsége három ízlelőgénnel rendelkezik: ezek a T1R1, a T1R2 és a T1R3. Ezek mindegyike egy-egy fehérjét kódol, a különböző gének által meghatározott fehérjék pedig párokba összeállva alkotnak egy-egy receptort. A T1R2-fehérje és a T1R3-fehérje kombinációja például cukormolekulákat köt meg. Ha egy ilyen csatlakozik hozzájuk, reakciók sora indul meg, és ezek legvégén eljut az üzenet az agyba, hogy valami édeset fogyasztottunk. A T1R3 a T1R1-gyel is képes összekapcsolódni, és ebből az együttműködésből pedig egy aminosav-receptor születik, amely a húsíznek is nevezett umami érzékeléséért felel.
A kutatócsoport úgy vélte, hogy mivel a kolibrik nem rendelkeznek a T1R2-génnel, talán a másik két rokon gén vehette át a cukor detektálásának szerepét. Ennek kiderítése érdekében az Anna-kolibri ízreceptorait vizsgálták meg, és valóban úgy találták, hogy a T1R3-ból és a T1R1-ből felépülő receptorok detektálják az egyszerű cukrok (glükóz, fruktóz), és néhány édesítőszer (szorbitol, eritritol) jelenlétét is. A fehérjekomplex továbbra is alkalmas eredeti szerepére, az aminosavak érzékelésére is, ezen túl azonban valamikor 42−72 millió évvel ezelőtt a cukrok ízlelésének képességére is szert tett. (Azt ugyanakkor egyelőre nem tudni, hogy a kolibrik különbséget tudnak-e tenni az umami és az édes íz között, vagy mindkettőt ugyanolyannak érzik.)
A két fehérje jelentős átalakulásokon ment át az idők folyamán. A csirke hasonló proteinjeivel összehasonlítva, rengeteg eltérés tapasztalható a fehérjéket felépítő aminosavak sorrendjében. A kutatók annak kiderítése érdekében, hogy megállapítsák, az őket érdeklő kérdés szempontjából mely változások a legfontosabbak, felszeletelték a csirke és a kolibri proteinjeit is, majd a darabokat összekombinálva megnézték, hogyan reagálnak az új molekulák a különböző cukrok jelenlétére.
Összesen 19 olyan aminosavat azonosítottak a T1R3-fehérje egyik részén, amelyek megváltoztak a kolibri evolúciója során. A változások eredményeként a fehérje szerkezete átalakult, és képessé vált arra, hogy ugyanúgy megkösse a cukrokat is, mint az aminosavakat. Baldwin szerint egyéb lényeges mutációk is történhettek, hiszen a kutatóknak eddig csak a két fehérje egyikének egy piciny régióját volt alkalmuk közelebbről megvizsgálni. Az édesszájúságot tehát nem egy egyszerű evolúciós lépésben szerezték vissza a kolibrik, hanem komplikált változások sorának eredményeként.
Több olyan állatfaj is létezik, amely elvesztette fejlődése során a T1R-gének valamelyikét. Az óriáspandákból például a T1R1 hiányzik, ami bizonyos szempontból még logikus is, hiszen bambuszrágcsálás közben nincs túl nagy szükség a sós ízek ízlelésére. A macskák, az ázsiai kiskarmú vidrák, a foltos hiénák, az oroszlánfókák, a delfinek és a vérszopó denevérek genomjában a T1R2 sérült, feladata ellátására nem képes változata szerepel, vagyis ezen állatok nem képesek az édes ízek élvezetére. Ennek oka vélhetően az lehet, hogy étrendjük szinte kizárólag húsból vagy vérből áll. Az ízlelőgének elvesztése tehát nem számít ritkának az élővilágban.
2. oldal
Az ízérzettel kapcsolatos új génre szert tenni viszont szinte példátlan a gerincesek közt. Néhány halfaj kivételével egyetlen olyan gerincest sem ismerünk, amely az alaphármason kívüli ízlelőgénekkel rendelkezne. Ez azért nagyon különös, mert a szagérzet génjei viszont arról híresek, hogy nagyon könnyen és gyorsan duplikálódnak, és az új másolatok néhány mutációt követően teljesen újfajta szagreceptorokat képesek létrehozni. A két érzékszerv ráadásul rendkívül hasonló módon működik, hiszen mindkettő esetében arról van szó, hogy specifikus fehérjék a táplálék vagy valamely illat apró molekuláit kötik meg. Ennek ellenére, míg a szaglógének sokfélesége hihetetlen mértékű, és folyamatosan gyarapodik, az ízlelőgének gyakorlatilag egyáltalán nem változnak. Az okot senki sem tudja.
Az ízlelőgének abban sem túl jók, hogy új funkciókra tegyenek szert, még pontosabban a kolibrik szolgáltatják az első ismert példát erre a jelenségre. Amennyire tudjuk, ezek az apró madarak az egyetlenek az állatvilágban, amelyek képesek voltak visszanyerni egy íz érzékelésének képességét, miután őseik elvesztették azt. A miértre egyszerű a válasz: a nektár rendkívül energiagazdag táplálékforrás, és minél édesebb, annál jobb, tehát az édes íz érzékelése segít a madaraknak abban, hogy megtalálják a legjobb nektárt.
Érdekes és jóval nehezebben megválaszolható kérdés, hogy mindezt hogyan vitték véghez. Azt gondolhatnánk, hogy egyértelmű a helyzet, hiszen miután a kolibrik ősei elkezdtek nektárt fogyasztani, hamar rájöttek, hogy milyen kincsre akadtak, és lassacskán egyre érzékenyebb cukorreceptorokat fejlesztettek ki. De ha ezek az ősök korábban egyáltalán nem érezték az édes ízeket, miért kezdtek egyáltalán nektárt enni?
„Ez egy rendkívül izgalmas kérdés, és sok vitának áll a középpontjában” – mondja Baldwin, aki szerint a következő történhetett: A kolibrik legközelebbi rokonai a fecskék, és míg az előbbiek rövid, forgatható szárnyaik révén lebegnek a virágok közelében, az utóbbiak hosszú, hegyes szárnyukkal vitorláznak a nyílt egekben, hogy ott rovarokra vadásszanak. Néhány nemrégiben előkerült fosszilis lelet tanúsága szerint mindkét madár egy olyan őstől származik, amely a két testalkat keverékével rendelkezett. A közös ős törzse fecskeszerű volt, szárnyai azonban jóval rövidebbek lehettek, mint a fecskéké, és szinte bizonyosan rovarokkal táplálkozott.
Baldwin szerint a madarak némelyike rájött, hogy a virágok közelében könnyen prédára találhat. A kolibrik étrendjük kiegészítéseként még ma is el-elkapják a virágokra leszálló rovarokat. Mivel a madarak jelentős időt töltöttek a virágok közelében, a rovarok közreműködésével, vagy anélkül, időnként némi nektárhoz jutottak. A T1R1 és a T1R3 gének bizonyos variánsait hordozó egyedek talán képesek lehettek a cukor halvány érzékelésére. Mivel pedig a nektár bőséges energiaforrásnak bizonyult, az ebbe belekóstolók jobb túlélési esélyekkel rendelkeztek társaiknál. A receptorok pedig az evolúciós nyomás hatására egyre érzékenyebbé váltak a cukorra. „Nem tudni, hogy pontosan hogyan kezdődött” – mondja Baldwin. „De amikor elkezdődött a folyamat, a természetes kiválasztódás hatására egyre erősebbé vált a populációban.”
Mindez jelenleg még persze csak elmélet. Néhány korai kolibri maradványainak fellelése vélhetően megkönnyítené a kutatók dolgát. A szakértők addig is nekikezdtek a többi nektárivó madárfaj, köztük a szivárványlórik és a mézevőfélék vizsgálatába. Arra kíváncsiak, hogy vajon ezen madarak hogyan tudják megízlelni a cukrot, ha egyáltalán képesek erre.
Ezen kívül azt is érdekes lenne kideríteni, hogy a kolibrik édes ízérzetét visszaállító 19 ismert mutáció milyen sorrendben bukkant fel. Egyszerre történtek a változások, netán egyenként? Mindegyiknek köze van a cukor ízleléséhez? Ez utóbbi valószínűtlennek tűnik, többségük vélhetően olyan változás, amely stabilizálta a mutációk nyomán átszerveződött fehérjeszerkezetet, és így lehetővé tette az új változat megőrződését. Ennek kiderítésére is akadnak módszerek. Több kutatócsoport is foglalkozik ősi fehérjék aminosav-sorrendjének rekonstrukciójával, annak alapján, hogy ezek hogyan jelennek meg a modern élőlényekben. Ilyen módon több millió éve nem létező molekulákat lehetséges újra életre hívni. Talán a kolibrik ízlelőreceptoraival is érdemes lenne megtenni ezt.
