為什麼貓咪感受不到甜味,卻對苦味格外敏感?

2021年10月22日12:28

  今年的諾貝爾生理學或醫學獎告訴我們一個實用科學知識:吃完香辣火鍋第二天屁屁痛,都是介導熱痛覺的辣椒素受體TRPV1的錯。

  不過當年辣椒的祖先千辛萬苦演化出讓哺乳動物感到疼痛的辣椒素,本意可不是為了辣得你紅光滿面直呼再來一碗,而是希望既可以嚇跑能感知辣的哺乳動物,防止它們嚼碎、破壞種子傳播,又可以讓缺乏辣椒素受體的鳥類順利嚥下種子,傳播到遠方。

  鳥兒的TRPV1受體對辣椒素不敏感,也就沒有辣覺,什麼湖南辣、江西辣呀在鳥兒面前都不值一提。

  不過,除了沒有辣這種偽味覺,一些動物們還會缺失真正的味覺受體。

  貓:我懷疑你在揭我短|Pixabay

  沒有甜味受體?讓采食花蜜的蜂鳥怎麼辦

  我們常把味覺分為五種——酸甜苦鹹鮮,由分佈在舌頭上的味蕾來負責感知。

  味蕾實際上是一堆抱團的味覺細胞,味覺細胞能感受哪種味道全靠卡在細胞膜上的一些小零件:它們本質上是具有特殊結構的蛋白質,但又憑藉著它們獨一無二的功能而被稱為味覺受體。

  味覺受體就像一個個邊界哨站,一旦食物中釋放出的小分子像拚拚圖一樣恰好契合了味覺受體位於細胞膜外用來起探測作用的結構,信號站位於細胞內側的部分就會釋放“信使”喚醒細胞。

  味覺細胞被喚醒之後,會把信號向位於大腦皮層的神經元傳遞。根據被喚醒的細胞類型不同,大腦能輕鬆翻譯出舌頭所探測到的滋味。

  但是一旦編碼味覺受體的模板基因出了差錯,就有可能缺失相應的味覺。

  最典型的就是出現在甜味受體上的錯誤,看看下圖,你會發現鮮味和甜味的味覺受體似乎長的和其他味覺受體不太一樣,沒錯,因為它們都是由兩種蛋白組裝而成的蛋白復合體。

  因為基因突變,我們的貓主子和鳥類都沒有正常的T1R2蛋白,也就沒有了感知甜味的能力[1, 2]。

  身為食肉動物的貓主子吃不出甜味倒沒有什麼影響,不過以花蜜和漿果為生的蜂鳥如果食蜜不知其滋味,就有點匪夷所思了。

  事實上,蜂鳥進化出了一種非常獨特的鮮味受體來檢測糖[3],產生類似於鮮味而非甜味的味覺體驗。

  另外偷偷說一個貓星人們的小秘密,貓貓不僅吃不出甜,還對苦味特別敏感。

  分析家貓的DNA,可以找到12種與苦味感知相關的基因,和多達7種的苦味受體,這意味著貓咪比其他動物更容易體驗到討厭的苦味。

  貓咪有著遲鈍的味覺系統,不得不努力提高對苦味的洞察力。因為對於動物而言,味覺系統往往是食物入腹的“最後一道防線”,能帶來愉快體驗的甜味和鮮味都是在提升食慾從而幫助促進攝入有營養的食物,而帶來糟糕體驗的酸味和苦味,則是在抑製食慾從而避免攝入腐敗或有毒害的食物。

  在漫長的演化之旅中,家貓的祖先糾結能否吃掉面前可能含有劇毒的小型無脊椎動物的歲月裡,它們終於進化出了異常發達的苦味感知來為自己續命[4]。畢竟,寧可錯失一口肥肉,也不能讓一點劇毒入腹。

  不過貓主子們可以嚐出三磷酸腺苷 (ATP),這種為活細胞提供能量的小分子能讓貓更愉快的感受到肉的鮮美 | 圖蟲創意

  為了生存,企鵝放棄了感受食物的鮮美

  如果感受不到甜味的貓貓和小鳥讓你疼惜,那遠居冰雪世界企鵝們的“心酸鵝生”則會更讓你唏噓。

  因為企鵝僅有兩種味覺體驗——鹹和酸。

  以魚為生的企鵝竟然沒有鮮味受體?這從演化的角度上其實是非常難以理解的,目前比較可信的解釋為:企鵝丟失了一個向神經系統傳導甜味、鮮味及苦味的重要零件。

  海魚鮮美,可惜企鵝食不知味|圖蟲創意

  味覺的產生依賴於被喚醒的味覺細胞向大腦傳遞信號,但要喚醒細胞傳遞味覺信號並不容易,其中最重要的一環是需要細胞內瞬時湧入大量的鈉離子,產生 “去極化”效果。

  這需要一類特殊的離子通道蛋白,它們就像車站的閘機,當檢票開始時,能瞬間放入持有特定車票的旅客——鈉離子。

  在味覺信號傳遞過程中,Trpm5離子通道蛋白放入鈉離子|參考文獻[5]

  企鵝所丟掉的零件正是這樣的一個離子通道蛋白,名叫Trpm5,甜味、鮮味及苦味信號的傳輸都需要它參與作用。

  可是這麼重要、關乎三種味覺的零件,企鵝怎麼捨得說丟就丟呢?

  這可能與Trpm5蛋白是一種溫度敏感型蛋白有關。

  在小鼠中的研究發現,低溫會抑製Trpm5蛋白的活性,南極的冰天雪地實在不適合Trpm5蛋白髮揮作用[6, 7]。

  不過也有另一種推測,認為企鵝整條吞食魚的進食方式使得味覺退化,僅保留避免攝入腐食的酸味感知,以及用於維持體內滲透壓的鹹味感知。

  同是水裡的鄰居,魚和鯨魚的味覺怎麼差這麼多?

  與企鵝少得可憐的味覺相比,魚類反向演化出了最最發達的味覺感受系統。

  一條長約25cm的黃鮰(Ameiurus natalis)有高達20萬個味蕾,而一條長35~40cm的斑點叉尾鮰(Ictalurus punctatus)味蕾數甚至可以超過70萬個(而有的海豚海獅和鯨魚卻幾乎沒有味蕾)[9, 10]。

  密恐預警:斑點叉尾鮰皮膚上的味蕾分佈圖,每個圓點表示100個味蕾,方格大小為1 cm×1 cm | 參考文獻[10]

  因此有這樣的說法,鰻鱺魚可以在極大的水域中感知到一滴來自家鄉的水,大馬哈魚可以在一個標準奧林匹克游泳池裡面感受到一隻蝦的存在。

  魚類的大部分味蕾,都不在嘴裡面,而是在臉上、身上、鬍鬚上——鯰魚滿臉都是味蕾,鯉、鱘、鱈、鯔則全身體表到處都有味蕾,美斑點叉尾鮰嘴附近的4條鬍鬚上,每平方毫米就有約25個味蕾。

  既然魚兒全身都有味覺,不如我們抹上孜然辣椒和鹽粒……|圖蟲創意

  而且不同的魚類還有著口味上的偏好,鱘魚對氨基酸的口味較為多樣化;草魚等植食性魚類偏愛蔗糖的味道;梭子魚、梭鱸和白鮭討厭含有檸檬酸的食物,但羅非魚、歐洲鰻魚和虹鱒魚則願意食用酸性食物;和大多數動物一樣,絕大部分的魚也很討厭苦味[11]。

  這不禁讓人思考,釣魚佬如果按魚的口味投其所好,是不是就不會“空軍”呢?

  彩蛋:

  作者真的試過用甜玉米釣雜食性的鯽魚和草食性的鯿魚,十分鐘釣一條, 和父上一起,一小時釣了六七斤。

  古代的貴州不產鹽,後來,人們發現辣椒可以降低鹽的需求……辣為什麼能“代鹽”?可以通過這樣的方式減少現代人對重口味的需求嗎?

  關注下方公眾號,向“我是科學家iScientist”回覆[辣椒],獲取全文。

  參考文獻

  [1]Li, X。, et al。, Pseudogenization of a sweet-receptor gene accounts for cats‘ indifference toward sugar。 PLoS Genet, 2005。 1(1): p。 27-35。

  [2]Li, X。, et al。, Cats lack a sweet taste receptor。 The Journal of nutrition, 2006。 136(7 Suppl): p。 1932S-1934S。

  [3]Baldwin, M.W。, et al。, Evolution of sweet taste perception in hummingbirds by transformation of the ancestral umami receptor。 Science, 2014。 345(6199): p。 929。

  [4]https://www.scientificamerican.com/article/strange-but-true-cats-cannot-taste-sweets/。

  [5]Neiers, F。, M。-C。 Canivenc-Lavier, and L。 Briand, What Does Diabetes “Taste” Like? Current Diabetes Reports, 2016。 16。

  [6]Damak, S。, et al。, Trpm5 null mice respond to bitter, sweet, and umami compounds。 Chem Senses, 2006。 31(3): p。 253-64。

  [7]Talavera, K。, et al。, Heat activation of TRPM5 underlies thermal sensitivity of sweet taste。 Nature, 2005。 438(7070): p。 1022-5。

  [8]Colsoul, B。, et al。, Loss of high-frequency glucose-induced Ca2+ oscillations in pancreatic islets correlates with impaired glucose tolerance in Trpm5-/- mice。 Proc Natl Acad Sci U S A, 2010。 107(11): p。 5208-13。

  [9]Finger, T.E。, et al。, Postlarval growth of the peripheral gustatory system in the channel catfish, Ictalurus punctatus。 J Comp Neurol, 1991。 314(1): p。 55-66。

  [10]Atema, J。, Structures and functions of the sense of taste in the catfish (Ictalurus natalis)。 Brain Behav Evol, 1971。 4(4): p。 273-94。

  [11]Kasumyan, A.O。, K.B.J.F。 Doving, and Fisheries, Taste preferences in fishes。 2010。 4(4): p。 289-347。

  作者:一隻哈代

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