در حالی که پستانداران معمولاً از طعم‌های ترش اجتناب می‌کنند، یک سینه‌سرخ می‌تواند توت‌هایی را ببلعد که آن‌قدر ترش هستند که مزه‌شان باعث جمع شدن صورت اکثر ما می‌شود. اما پرندگان چطور از پس چنین رژیم غذایی برمی‌آیند؟
یک مطالعه جدید، این معما را حل کرده و نشان می‌دهد که چگونه تکامل، سامانه تشخیص طعم ترش را در پرندگان بازطراحی کرده است.
کشف جدید درباره طعم ترش در پرندگان
این یافته نه‌تنها دلیل علاقه پرندگان به میوه‌هایی با مقادیر pH در حد آب‌لیمو را آشکار می‌کند، بلکه احتمال می‌دهد که یک تغییر مولکولی در سازوکار چشایی، مسیرهای زیست‌محیطی تازه‌ای را در روند تکامل پرندگان گشوده باشد.
سوئیچ طعم ترش در پرندگان
شناسایی گیرنده OTOP1
برای رمزگشایی از تحمل اسیدی در پرندگان، پژوهشگران مؤسسه جانورشناسی کونمینگ، آکادمی علوم چین و مؤسسه ماکس پلانک در زمینه هوش زیستی، تمرکز خود را بر روی OTOP1 قرار دادند. این تنها گیرنده شناخته‌شده در مهره‌داران است که طعم ترش را شناسایی می‌کند.
در پستانداران از جمله انسان، کانال‌های OTOP1 هنگام افزایش اسیدیته، به شدت فعال می‌شوند و سیگنالی هشداردهنده به مغز می‌فرستند.
عملکرد متفاوت در پرندگان
اما در بسیاری از پرندگان، OTOP1 رفتاری کاملاً معکوس دارد: هرچه مایع اطراف اسیدی‌تر شود، این کانال خاموش می‌شود. در نتیجه، زنگ هشدار تلخ خاموش مانده و نوک پرندگان همچنان مشغول خوردن می‌ماند.
بررسی عادات غذایی پرندگان
پژوهشگران ابتدا عادات تغذیه‌ای پرندگان در آسیا، اروپا و آمریکای جنوبی را بررسی کردند. داده‌ها نشان دادند که بسیاری از گنجشک‌سانان، کبوتران و طوطی‌ها از میوه‌هایی تغذیه می‌کنند که pH آن‌ها به زیر ۳ می‌رسد — سطحی مشابه با سرکه.
ژن‌هایی که طعم را تغییر می‌دهند
کشف چهار جهش کلیدی
توالی‌یابی ژنتیکی گیرنده‌های چشایی این پرندگان، چهار تغییر آمینواسیدی را مشخص کرد: H239، L306، H314 و G378. این تغییرات، نحوه عملکرد پروتئین OTOP1 را در برابر استرس اسیدی تغییر داده است.
آزمایش‌های عملی و نتایج
آزمایش‌های کاربردی، این موضوع را اثبات کرد. زمانی که پژوهشگران با استفاده از فناوری CRISPR، این جهش‌ها را در ژن OTOP1 موش‌های آزمایشگاهی وارد کردند، سلول‌های مغز این جوندگان در برابر مایعات ترش، واکنش بسیار کمتری نشان دادند.
برعکس، زمانی که عملکرد OTOP1 را در کبوترها و قناری‌ها با یک مهارکننده هدفمند مسدود کردند، این پرندگان فوراً رژیم غذایی اسیدی خود را کنار گذاشتند. بنابراین، این گیرنده هم برای تحمل اسیدیته در پرندگان ضروری است و هم به‌تنهایی کافی.
هم‌زمانی طعم ترش و شیرین
جهش اختصاصی در گنجشک‌سانان
بررسی درخت تبارشناسی OTOP1، نکته جالب دیگری را آشکار کرد. آخرین مورد از این چهار جهش — G378 — تنها در گنجشک‌سانان ظاهر شده است. این گروه، امروزه تقریباً نیمی از تمام گونه‌های پرنده زنده را تشکیل می‌دهد.
هم‌تکاملی با طعم شیرین
زمان این جهش، بسیار معنادار است. تحقیقات پیشین نشان داده بود که گنجشک‌سانان همچنین گیرنده طعم شیرین را به‌دست آوردند که در بیشتر پرندگان دیگر وجود ندارد.
مطالعه جدید، این احتمال را مطرح می‌کند که ارتقاء هم‌زمان در سرکوب طعم ترش و دریافت طعم شیرین، به اجداد گنجشک‌سانان اجازه داده است تا شهد و میوه‌های اسیدی را به‌طور هم‌زمان مصرف کنند. این انعطاف‌پذیری اکولوژیک، می‌تواند یکی از دلایل موفقیت گسترده این گروه در دنیای امروز باشد.
تاثیرات بزرگ از یک تغییر ساده در طعم
چرا این کشف مهم است؟
ممکن است این پرسش پیش بیاید که به‌جز پرنده‌شناسان، چه کسی باید به تحمل طعم ترش در پرندگان اهمیت بدهد؟
نخست این‌که این یافته‌ها نشان می‌دهد که سامانه‌های حسی چگونه در برابر فشارهای غذایی تکامل پیدا می‌کنند. در گذشته، طعم ترش نشانه غذاهای فاسد یا نارس بود. خاموش کردن این هشدار، به یک راه‌حل مولکولی نیاز داشت — که تنها با چند تغییر آمینواسیدی حاصل شده است.
تأثیر در اکوسیستم
این موضوع، پیامدهای گسترده‌تری هم دارد. پرندگانی که میوه‌های به‌شدت اسیدی می‌خورند، نقش محوری در پخش دانه‌ها در بسیاری از جنگل‌های گرمسیری دارند.
توانایی پرندگان در هضم این مواد غذایی، تضمین می‌کند که گونه‌های گیاهی با میوه‌های ترش محافظتی هم، حاملانی مشتاق برای انتشار دانه‌های خود بیابند.
شناخت ریشه‌های مولکولی این ارتباط، به پیش‌بینی بهتر پیامدهای تغییرات اقلیمی یا ترکیب شیمیایی میوه‌ها در زنجیره‌های غذایی کمک می‌کند.
نقشه راهی برای درک تکامل طعم
کاربردهای فراگیر
این مطالعه، نقشه راهی را برای بررسی تکامل طعم در سایر جانوران نیز ارائه می‌دهد. تغییرات مشابه در OTOP1 می‌تواند توضیح دهد که چرا برخی نخستی‌ها مرکبات را دوست دارند و برخی دیگر از آن‌ها اجتناب می‌کنند، یا چرا بعضی ماهی‌ها در رودخانه‌های اسیدی دوام می‌آورند.
مدل زنده در موش‌ها
از سوی دیگر، مدل موش‌های ویرایش‌شده با CRISPR، بستری زنده برای بررسی این‌که چگونه بیزاری از طعم ترش بر رژیم غذایی، متابولیسم و سلامت اثر می‌گذارد، فراهم می‌کند.
مزایای کشاورزی و زیست‌شناسی گیاهی
برای علوم کشاورزی، این بینش‌ها می‌تواند در پرورش طیور یا پرندگان حشره‌خوار برای کنترل آفات، و تنظیم جیره‌های غذایی متناسب با حساسیت‌های جدید چشایی، به کار گرفته شود.
گیاه‌شناسان نیز می‌توانند اسیدیته میوه‌ها را برای جذب یا دفع پرندگان خاص، مهندسی کنند.
طعم و تکامل پرندگان
پرندگان همواره با آوازها، رنگ‌ها و پروازهای‌شان، زیست‌شناسان را مجذوب خود کرده‌اند. اکنون، به لطف یک کانال کوچک وابسته به پروتون در زبان، آن‌ها ویژگی شگفت‌انگیز دیگری را نیز آشکار کرده‌اند: دکمه درونی که نیش اسیدی را خاموش می‌کند.
محققان دریافتند که تغییرات در طعم ترش احتمالاً همراه با تکامل طعم شیرین رخ داده و درکی نو از این‌که پرندگان چگونه غذا را حس و انتخاب می‌کنند، به‌دست داده است.
این تغییرات در کنار هم، پرندگان را به زیستگاه‌هایی مملو از شهد و میوه‌های ترش سوق داده و یکی از عوامل اصلی موفقیت‌شان شده است.
این پژوهش، بار دیگر نشان می‌دهد که تغییرات جزئی مولکولی می‌توانند پیامدهایی در مقیاس کلان داشته باشند.
چهار جهش آمینواسیدی، در ظاهر ساده به‌نظر می‌رسند، اما احتمالاً رژیم غذایی، مسیر مهاجرت و روند تنوع‌یافتگی گنجشک‌سانان اولیه را رقم زده‌اند.
بنابراین، دفعه بعد که دیدید یک توکای بی‌پروا یک سیب ترش جنگلی را قورت می‌دهد، به یاد داشته باشید که این شجاعت در ذائقه، میراث میلیون‌ها سال دستکاری ظریف ژنتیکی است — سازگاری زیرپوستی که همچنان جنگل‌ها و مراتع را در سراسر جهان شکل می‌دهد.
این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.
