Суперсила плодовых мушек. Найдены первые животные, способные определять кислотность еды

Открытие нового вкусового рецептора у плодовых мушек может дать ценные знания о том, как насекомые реагируют на сигналы окружающей среды. Результаты, помимо всего, могут быть применены в борьбе с вредителями.

Исследователи обнаружили новый вкусовой рецептор у плодовых мушек, который позволяет им ощущать вкус щелочных веществ с высоким уровнем pH и избегать токсичной пищи и поверхностей. По словам Эмили Лиман, нейробиолога из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, это открытие неожиданно для столь тщательно изученных животных. Исследование может иметь последствия для понимания щелочного вкуса и у других организмов, пишет Nature.

pH — это измерение кислотности, щелочности вещества или раствора. Это шкала от 0 до 14, где 7 — нейтральный, ниже 7 — кислый, а выше 7 – щелочной. Определение кислот и оснований имеет решающее значение для выживания большинства животных, поскольку они функционируют в узком диапазоне pH. В то время как рецепторы, клетки и нейронные цепи, участвующие в распознавании кислых и кислотных вкусов при низком pH, были хорошо документированы в последние несколько десятилетий, о распознавании щелочных веществ, по словам Лая, известно мало. Первые исследования, проведенные на людях и кошках, позволяют предположить, что ощущение щелочи может быть одним из видов вкуса, но это еще предстоит подтвердить.

Чтобы выяснить, есть ли у плодовых мушек рецептор, специфичный для высокого pH, исследователи решили изучить именно их, поскольку предыдущие исследования показали, что они способны ощущать широкий спектр вкусов. Яли Чжан, нейробиолог из Центра химических чувств Монелла в Филадельфии, штат Пенсильвания, и его коллеги представили мухам чашку Петри со сладким гелем, который был наполовину нейтральным, а наполовину щелочным, причем каждая половина была окрашена в красный или синий цвет. Предпочтение мух к продуктам с разным уровнем pH определялось путем наблюдения за изменением цвета их полупрозрачных брюшек после того, как они съедали предпочитаемый гель. Если они ели из обеих половинок, их брюшки становились фиолетовыми.

Ученые обнаружили, что по мере повышения уровня pH плодовые мушки все больше и больше отказывались от щелочной пищи, в то время как определенная группа мушек была не в состоянии отличить одну пищу от другой. Исследователи проверили этих мух и выявили мутацию в гене, который они назвали alkaliphile, или сокращенно alka. Было установлено, что этот ген активен во вкусовых нейронах на конце их вытянутого хоботка, а также в клетках на конце лапок и усиков, которые эквивалентны языку млекопитающих.

При изучении клеток исследователи определили, что ген alka производит рецепторный белок, который стимулируется щелочными растворами. При наличии основания рецепторный белок открывает канал в клеточной мембране, позволяя отрицательно заряженным ионам хлорида покинуть нейрон, передавая в мозг мухи сообщение о необходимости немедленно избегать пищи.

Лиман отмечает, что большинство сенсорных рецепторов задействуют каналы, которые регулируют движение положительно заряженных ионов в клетку, а не отрицательно заряженных ионов из нее. Используя оптогенетику – метод искусственной активации клеток, экспрессирующих ген alka, – исследователи заставили насекомых отпрянуть хоботком от сахарного раствора, указывая на то, что они считают его слишком щелочным для употребления.

Открытие нового вкусового рецептора у плодовых мушек вряд ли будет иметь прямое отношение к позвоночным, поскольку у них нет гена alka, который мухи используют для распознавания щелочных веществ, по словам Лимана. Однако это исследование может послужить толчком к дальнейшему изучению вопроса о том, есть ли у позвоночных аналогичные хлоридные рецепторы и ощущают ли они щелочной вкус.

Кроме того, это открытие может дать ценные сведения о том, как насекомые реагируют на сигналы окружающей среды, что может найти применение в борьбе с вредителями и других областях, например, при выборе мест для откладки яиц, говорит Лиман.