食蟲蝙蝠（鼠耳蝠）     Sherri and Brock Fenton攝影    趙華斌供圖

對於(yu) 甜食，人們(men) 總是沒有什麽(me) 抵抗力，甜味被認為(wei) 是“幸福的味道”。然而，在自然界中，卻有一些動物完全對甜味“無感”，因為(wei) 它們(men) 根本嚐不到甜味。

為(wei) 了探究其中的奧秘，武漢大學生命科學學院教授趙華斌團隊選擇蝙蝠開展相關(guan) 研究，並成功找到了答案。1月22日，這項研究成果發表在美國《國家科學院院刊》上，他們(men) 發現了食蟲蝙蝠不能感知甜味，並結合基因組數據分析、進化分析以及細胞功能實驗等手段來深入挖掘，揭示了食蟲蝙蝠無法品嚐甜味的分子機製。

與(yu) 食性密切相關(guan)

人和動物為(wei) 何可以品嚐食物的味道？這都要歸功於(yu) 味覺相關(guan) 的受體(ti) 基因。味覺對於(yu) 動物的生存非常重要，大多數脊椎動物都具備最基本的5種味覺感知形式，包括酸味、甜味、苦味、鹹味和鮮味。

“味覺會(hui) 幫助動物選擇食物，味覺受體(ti) 基因以及功能的演化，通常與(yu) 動物食性演化密切相關(guan) 。”論文通訊作者趙華斌在接受《中國科學報》采訪時表示。

以大熊貓為(wei) 例，主要以竹子為(wei) 食，不愛吃肉，這其中的主要原因是負責感知肉類鮮美的鮮味受體(ti) 基因經過漫長歲月已經演化為(wei) “假基因”，即一種核苷酸序列同其相應的正常功能基因基本相同，但卻不能合成出功能蛋白質的失活基因，不再發揮作用，因而大熊貓無法感覺到肉的鮮味。

同樣的，甜味受體(ti) 基因則負責感知食物中的糖類物質，比如葡萄糖，果糖和蔗糖這三種最常見的糖類。趙華斌舉(ju) 例，一些“專(zhuan) 一”的肉食動物隻鍾情於(yu) 肉類，比如豹子、老虎和獅子等，因為(wei) 其食物的成分由氨基酸和蛋白質組成，基本沒有糖分，甜味的感知就逐漸被忽視，它們(men) 的甜味受體(ti) 基因也演化為(wei) “假基因”，失去原有的功能。

然而，在有些動物類群中，味覺受體(ti) 基因的序列演化並不能用於(yu) 解釋動物的取食生態學。

“我們(men) 對蝙蝠基因組進行了數據挖掘，得到了34種蝙蝠代表物種的甜味受體(ti) 基因全長序列。其中，隻有吸血蝙蝠的甜味受體(ti) 基因是‘假基因’，這可能與(yu) 其特殊的吸血食性和狹窄的食譜相關(guan) 。但食蟲蝙蝠與(yu) 食果蝙蝠的甜味受體(ti) 基因都是完整的。”論文第一作者、武漢大學生命科學學院特聘副研究員焦恒武博士告訴《中國科學報》。

進一步的進化分析也顯示，這兩(liang) 類蝙蝠的甜味受體(ti) 基因序列的進化速度相似，序列並未發生顯著的改變。這表明，即使食蟲蝙蝠的食物成分中已基本不含有糖分，它們(men) 的甜味受體(ti) 基因並沒有失活。

從(cong) 細胞學和行為(wei) 學來驗證

然而，用味覺基因序列的演化模式來解釋蝙蝠的食性是遠遠不夠的。基因序列的保守並不一定意味著基因功能的保守。

“我們(men) 從(cong) 細胞水平上進行研究，發現食蟲蝙蝠的甜味受體(ti) 基因雖然不是‘假基因’，但卻不能感知糖類物質，而食果蝙蝠可以感知糖類物質。”焦恒武說。

那麽(me) ，在行為(wei) 水平上，食蟲蝙蝠與(yu) 食果蝙蝠的甜味感知是否有區別呢？

研究人員對一種食果蝙蝠（棕果蝠）和一種食蟲蝙蝠（大足鼠耳蝠）進行了經典的“雙杯實驗”，即給蝙蝠一杯含糖的水或搗碎的蟲漿作為(wei) 實驗組與(yu) 一杯普通的水或蟲漿作為(wei) 對照組，觀測並統計其取食量。

他們(men) 發現，棕果蝠更喜歡含糖的水，這表明其可以嚐到甜味；而大足鼠耳蝠對含糖或不含糖的蟲漿的取食量並無顯著偏好，說明大足鼠耳蝠的甜味感知能力丟(diu) 失了。

為(wei) 了驗證實驗體(ti) 係的合理性，團隊又補充了一個(ge) 對照實驗，把給食蟲蝙蝠的含糖蟲漿的杯子換成加入苦味化合物奎寧的杯子，結果看到食蟲蝙蝠對苦味物質明顯拒絕。這充分證明了行為(wei) 實驗的可靠性。

最後，通過構建嵌合體(ti) 進行細胞實驗，研究人員進一步鑒定出導致食蟲蝙蝠甜味受體(ti) 丟(diu) 失甜味感知功能的VFD關(guan) 鍵功能域。正是因為(wei) 食蟲蝙蝠甜味受體(ti) 的VFD關(guan) 鍵功能域積累了一些突變，才導致其甜味感知功能的丟(diu) 失。

基因功能發生轉變

關(guan) 於(yu) 為(wei) 什麽(me) 食蟲動物的甜味受體(ti) 基因沒有失活的問題，目前還沒有答案。

通常來說，一個(ge) 基因如果不再被需要，就會(hui) 逐漸丟(diu) 失。食蟲蝙蝠的飲食習(xi) 慣與(yu) 糖分並無交集，但甜味受體(ti) 基因卻仍被保留下來，“說明這個(ge) 基因仍然有用，我們(men) 推測它可能發生了功能轉變。”焦恒武認為(wei) 。

為(wei) 了找尋功能，團隊試驗了十幾種化合物，發現一個(ge) 令人吃驚的現象。雖然行為(wei) 學和細胞學實驗證明了食蟲蝙蝠的甜味受體(ti) 不能感知天然糖分，但是這些甜味受體(ti) 卻具有感知其它化合物的功能。

實際上，這個(ge) 工作也呼應了哈佛大學科研人員在2014年發表於(yu) 《科學》的一篇論文，指出蜂鳥沒有甜味受體(ti) 基因但卻可以感知甜味。“他們(men) 找到蜂鳥的一個(ge) 鮮味受體(ti) 發生功能轉變，變成能夠感知甜味。”趙華斌指出，“這也表示，甜味受體(ti) 同樣可以轉變成其他功能，同時丟(diu) 失其原有的功能。”

“這是很神奇的現象，功能會(hui) 發生轉變，可以從(cong) 一個(ge) 功能轉為(wei) 另外一個(ge) 功能。可見，動物甜味受體(ti) 基因的功能具有很強的進化可塑性。”趙華斌說，“未來會(hui) 針對哺乳動物、脊椎動物開展相關(guan) 研究，將會(hui) 有更多的發現。”

相關(guan) 論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2021516118




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