Muchy potrafią wydobyć z jedzenia więcej smaku niż ludzie. Te ostatnie, podobnie jak wszystkie ssaki, mają na języku receptory dla słodkich, słonych, gorzkich i kwaśnych pokarmów. Kilka dekad temu naukowcy odkryli specyficzne receptory dla piątego podstawowego smaku, umami. Teraz grupa naukowców wykazała, że ​​muszka owocowa (muszka owocowa) może wykryć, co jest równoznaczne z szóstym smakiem żywności zasadowej. Zdolność do wykrywania substancji o wysokim pH, takich jak soda kaustyczna, dałaby im przewagę, jeśli chodzi o unikanie szkodliwej żywności i potencjalnie niebezpiecznych środowisk.

Zanim ludzie nadali mu inną funkcję kulturową (rozrywkę), zmysł smaku był sposobem radzenia sobie z niedoborem. Zwierzęta są zaprogramowane, by głodować, a smak daje im wskazówki, jak pożywny jest produkt spożywczy. Ale ten zmysł służy również jako strażnik: ostrzega, że ​​związek może być w złym stanie i szkodliwy. Fizjologia i chemia wszystkich żywych istot rozwija się w środowisku o neutralnym pH (o wartości 7). Wyjątkowo kwaśne substancje, takie jak na przykład kwas solny o pH równym 0, są nie do pogodzenia z życiem. Ale to samo dzieje się z substancjami bardzo alkalicznymi (wodorotlenek sodu ma pH 14). Jednak chociaż uważa się, że inne zwierzęta, takie jak koty, również mają zdolność wykrywania wysokiego pH, wykazano to tylko u jednego gatunku chrząszczy.

Do tej bardzo krótkiej listy musimy teraz dodać muszkę owocową. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego, Chińskiej Akademii Nauk i Monell Chemical Senses Center w Filadelfii odkryli, że muszki owocowe mają receptory specjalnie przeznaczone do wykrywania substancji alkalicznych. To jedno z najczęstszych zwierząt w laboratoriach. Jego genom składa się z nieco ponad 15 000 genów (ludzie mają nieco ponad 20 000) i służy jako model do badania wielu ludzkich chorób. Ale nawet jeśli wszystkie jego geny zostały zidentyfikowane, rola większości z nich jest nadal nieznana.

W artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowym Metabolizm natury, naukowcy udokumentowali swoje odkrycie w tym genetycznym stogu siana genu, który nazwali alkaponieważ ukrywa instrukcje wykrywania zasadowości substancji.

„Muchy wykrywają różne smaki, używając głównie neuronów receptorów smakowych (GRN) analogicznych do ludzkich komórek receptorów smaku, obecnych w etykiecie, co odpowiada naszemu językowi” – ​​mówi Yali V. Zhang, biochemik z Monell Center i główny autor odkrycia. „Ponadto używają GRN ze stępów nóg do wykrywania substancji smakowych”. To znaczy, kiedy lądują, już wiedzą, czy ta substancja jest słodka, kwaśna… czy zasadowa, jak wykazały ostatnie badania.

Zmutowane muchy

Aby się tego dowiedzieć, wykorzystali technikę edycji genów CRISPR, uzyskując dziesiątki zmutowanych much, którym brakowało określonego genu, który, jak przypuszczali, jest spokrewniony ze zmysłami (jeden z autorów, Craig Montell z University of California, spędził lata identyfikacja receptorów czuciowych muszek owocówek). Umieścili dwie krople przed muchami, jedną wypełnioną glukozą, a drugą tym samym cukrem, ale do których dodali wodorotlenek sodu, znany również jako soda kaustyczna, jedna z najbardziej alkalicznych zasad. Wszystkie owady, których geny nie zostały zmanipulowane, wybrały roztwór słodki, unikając alkalicznego. To samo stało się z prawie wszystkimi mutantami, z wyjątkiem niektórych, w których ekspresja genu o nieznanych funkcjach, zwanego CG12344, została zablokowana. Muchy te wykazywały zmniejszoną niechęć do substancji alkalicznych. Preferowali nawet kropelki wodorotlenku sodu, jeśli stężenie nie było bardzo wysokie.

Ponieważ istniała możliwość, że to przyciąganie było spowodowane solą w związku (sodem), naukowcy stworzyli następnie muchy z podwójną mutacją, jedną, aby nie odrzucały wodorotlenku sodu, a drugą, aby uniemożliwić im postrzeganie jego słonego smak. Ponownie, muchy te nie unikały roztworu alkalicznego. Pragnąc wykluczyć alternatywne wyjaśnienia, naukowcy zaobserwowali, jak różne muchy wydłużały lub cofały swoją trąbkę, której używają do karmienia. Zmutowane muchy nie wycofały go, gdy wykryły substancję o wysokim pH. Aby upewnić się, że ta reakcja nie była spowodowana samym związkiem, który jest bardzo zasadowy, powtórzyli testy z inną zasadą, węglanem sodu, który ma niższe pH. Ponownie uzyskali te same wyniki. W kolejnej serii ekstremalnych eksperymentów naukowcy manipulowali alkalicznymi neuronami smakowymi różnych owadów, stymulując trąbkę czerwonym światłem LED. Kiedy były jasno oświetlone czerwonym końcem widma, ta aktywacja GRN sprawiła, że ​​owady nie tylko preferowały podstawowy smak, ale także unikały słodkiego.

„Kiedy aktywujemy GRN, wystawiając je na czerwone światło, muchy postrzegają smak sacharozy jako zasadowy, więc odrzucają sacharozę, która w normalnych warunkach byłaby dla nich atrakcyjna. To wskazuje, że smak alkaliczny może stłumić smak słodki”, wyjaśnia Zhang. „Kiedy dodasz coś gorzkiego, na przykład kofeinę, do filiżanki mleka czekoladowego, zmniejszy to jego słodki smak, a nawet sprawi, że będzie gorzki, ponieważ kofeina tłumi słodki smak”. Zhang i jego współpracownicy zmienili nazwę genu CG12344, nazywając go Alka. Zasłużyli sobie na to prawo po zidentyfikowaniu genu, znalezieniu jego funkcji i pokazaniu, w jaki sposób muchy mogą wykrywać zasadowość.

Nie wszystkie substancje alkaliczne są koniecznie toksyczne, ale większość tak. „Odczyn pH jest ważny dla wszystkich żywych organizmów, ponieważ do przeżycia potrzebują one pożywienia o określonym pH”, zauważa Zhang. „Ponadto odgrywa istotną rolę w metabolizmie, fizjologii i odżywianiu organizmów, ponieważ wiele procesów biologicznych, takich jak reakcje enzymatyczne, wymaga precyzyjnego poziomu pH (pH 7,4)”, dodaje. Substancje alkaliczne są powszechnie obecne w ekosystemach, a „silna zasadowość jest fizjologicznie szkodliwa, powodując zasadowicę”.

Ludzie stracili tę zdolność, ale w pozostałej części świata zwierząt, jeśli nie wykryjesz toksycznego związku, umrzesz

Juan Alcañiz, naukowiec z Instytutu Neurologii na Uniwersytecie Miguela Hernándeza

Juan Alcañiz, który bada zmysły D. melanogaster w Instytucie Neuronauk na Uniwersytecie Miguela Hernándeza w Hiszpanii, podkreśla wartość wartowniczą tych nowo odkrytych receptorów. „Nie chodzi tylko o jedzenie. Samice muszą wtedy złożyć jaja i muszą unikać środowiska alkalicznego” – wspomina. Może to dać im przewagę ewolucyjną i najprawdopodobniej występuje również u innych owadów, a dlaczego nie u ssaków. Alcañiz zwraca również uwagę na to, że smak jest na tyle istotnym zmysłem, że prawie nie ma patologii układu smakowego. „Ludzie utracili tę zdolność, ale w pozostałej części świata zwierząt, jeśli nie wykryjesz toksycznego związku, umrzesz”.

Trudno jest wiedzieć, czy występuje to również u ludzi. Logika stojąca za systemem używanym przez muchy i ludzi jest podobna: komórki smakowe wykrywają te same cząsteczki, wysyłając serię sygnałów do mózgu. Ale receptory owadów i ssaków nie mają ze sobą nic wspólnego. Francisco Martín, który bada molekularną fizjologię zachowania w Instytucie Cajala (CSIC), zauważa, że ​​„kręgowce nie mają nawet genu muchy”. Ale obaj eksperci zgadzają się, że to nowe odkrycie otwiera drogę do poszukiwania tych podstawowych receptorów u ludzi.

Zapisać się do nasz cotygodniowy biuletyn aby uzyskać więcej anglojęzycznych wiadomości z EL PAÍS USA Edition