Любят ли рыбы и амфибии сладкое?

[idelson]

Как я уже написал в прошлом посте, человек умеет разпознавать 5 вкусов. Один из них - горький - неприятный; два - сладкий и умами - приятные; про два остальных - кислый и соленый - невозможно однозначно сказать, приятные они или нет.

Здесь речь пойдет о приятных вкусах. Их приятность встроена у нас в программу.

У млекопитающих есть 3 рецептора, имеющих отношение к приятным вкусам: T1R1, T1R2 и T1R3. Из 3 рецепторов, T1R3 сам по себе не связывается ни с каким лигандом, но может образовывать гетеродимеры либо с T1R1, либо с T1R2.

Комплекс T1R1/T1R3 реагирует на вкус умами (аминокислоты, особенно глутамат, рибонуклеотиды), а T1R2/T1R3 - на сладкий вкус (сахара, аспартамы, белки - заменители сахара).

Казалось бы, сладкие плоды и сладкий нектар - детище покрытосеменных растений. Классы животных, появившиеся до появления покрытосеменных растений, не должны бы были встречаться ни с чем сладким. Поэтому я бы ожидал, что рецептор сладкого вкуса появится у позвоночных не раньше рептилий. Ситуация немного осложняется тем, что гены вкусовых рецепторов могут исчезать или превратиться в псевдогены.

А что происходит у тех, кто вроде бы появился до покрытосеменных растений: у амфибий или даже у рыб? Поискав, я нашел несколько очень хороших работ одной и той же китайской группы, между прочим, из Ухани.

В общем, так. У всех исследованных авторами костных рыб есть все три варианта рецепторов: T1R1, T1R2 и T1R3. В отличие от млекопитающих, каждого из этих рецепторов несколько вариантов: от двух до восьми [1].

Те же авторы в другой работе [3] изучили T1R рецепторы у рыбы, которую они называют травяным карпом, а по-русски принято название белый амур (Ctenopharyngodon idellus). Как видно из названия, в Китае она водится повсеместно, а в России - только в пограничном Амуре.

Так вот, у C. idellus два T1R1 рецептора, 2 T1R3, и 6 T2R2. Авторы экстрессировали разные пары T2R2 и T1R3 в  HEK293T клетках и убедились, что по крайней мере некоторые рецепторы вызывают клеточную реакцию, причем разные рецепторы реагируют на глюкозу и на фруктозу.

Т.е. да, у рыб есть рецепторы на сладкое, и они реагируют на сладкое.

Авторы проверили также, что рыбы действительно реагируют на сладкое: сажали их в бассейн, откуда было три выхода, в один выход давали глюкозу, в другой - фруктозу, а в третий - ничего не давали, и считали, сколько рыб приплыло в какой выход. Рыбы статистически достоверно плыли на сладкое.

Где же они все-таки находят сладкое в воде? Похоже, что частичный ответ можно получить, посмотрев на распределение вкусовых рецепторов по разным органам животного. Мы привыкли к тому, что вкусовые рецепторы связаны со ртом и с едой, но такая связь не обязательно очевидна. У насекомых вкусовые рецепторы (они совсем не похожи на рецепторы позвоночных) находятся на лапках, на антеннах, на яйцекладе, иногда даже на крыльях. У C. idellus, помимо рта, вкусовые рецепторы находятся на жабрах, а некоторые - еще и в кишечнике.

C. idellus в юном возрасте - хищник и питается мелкими ракообразными, а позже переходит на растительную пищу. И него есть и собственный фермент целлюлаза, разрушающий целлюлозу, но еще лучше это делает его микрофлора.  Так вот, когда он переходит к растительной пище, рецепторы на сладкое становится больше у него во рту, но еще больше - в кишечнике. Возможно, он чувствует сладкий вкус не от сахара в воде, а от сахара в кишечнике, получившегося из крахмала и целлюлозы.

Экспрессия рецептора на сладкое T1R2E на языке (слева) и в кишечнике (справа) C. idellus на разных стадиях его развития. А - хищная юная рыба; B - взрослая рыба, которую продолжают кормить животной пищей; C - растительноядная рыба.

Рецепторы T1R есть и у акул, но они не похожи на рецепторы из костных рыб и наземных позвоночных, и пока неизвестно, на какие вкусы они реагируют.

Вообще ближайшие родственники, от которых происходят вкусовые рецепторы - это вомероназальные рецепторы, предназначенные для распознавания феромонов.

1. Kong, S., et al. (2018). Genome wide identification of taste receptor genes in common carp (Cyprinus carpio) and phylogenetic analysis in teleost. Gene, 678: 65–72. https://doi.org/10.1016/j.gene.2018.07.078


2. Zhong, H., et al. (2021). Evolutionary insights into umami, sweet, and bitter taste receptors in amphibians. Ecology and evolution, 11: 18011–18025. https://doi.org/10.1002/ece3.8398


3. Yuan, X. C. et al. (2020). Expansion of sweet taste receptor genes in grass carp (Ctenopharyngodon idellus) coincided with vegetarian adaptation. BMC evolutionary biology, 20 :25. https://doi.org/10.1186/s12862-020-1590-1