近日,武汉大学赵华斌团队的最新研究表明:虽然吸血蝙蝠仅以血液为食,食谱极端狭窄,其味觉因而严重退化,但是它们仍然残存了极少数的苦味受体基因;这些基因在不同的蝙蝠类群中都很保守,具有正常的功能。该研究于2020年12月2日在线发表在知名学术期刊《Integrative Zoology》(中科院一区TOP期刊)。

味觉能提供重要的食物信息,因此对动物的生存至关重要。大多数脊椎动物都具有五种基本味觉:酸味、甜味、苦味、咸味和鲜味。其中苦味特别重要,是一种重要的防御机制,可以避免摄入可能有毒有害的食物,因为自然界中有毒有害的物质通常都是苦的。全世界只有3种吸血蝙蝠,全部分布在美洲大陆;它们仅以血液为食,食谱极度狭窄,而且依靠嗅觉寻找猎物,依靠红外感受器定位猎物暴露在体表的血管。因此,长期以来,人们认为吸血蝙蝠的味觉不再重要,可能严重退化。

“事实上确实如此,我们前期的研究表明,全部三种蝙蝠的鲜味和甜味受体基因都是假基因;这些基因与正常基因序列相似,但失去了正常功能的DNA序列,通常是由基因突变引起的。因此,吸血蝙蝠已经失去了甜味和鲜味功能。”论文的责任作者、武汉大学生命科学学院教授赵华斌说。

“我在武汉大学开始独立工作的时候,第一个课题就是研究吸血蝙蝠的味觉基因进化及其生态学意义。”赵华斌说,“当时蝙蝠只有4个物种具有基因组全序列,包括2种大蝙蝠和2种鼠耳蝠;我们通过构建系统进化树,在这4个蝙蝠物种中筛选出9个保守的、可能功能非常重要的苦味受体基因。我们在十几个蝙蝠代表物种中,对这9个苦味受体基因进行部分序列测定,发现41%的吸血蝙蝠苦味受体基因是假基因,而非吸血蝙蝠的假基因比例只有4%。因此,相比于其它蝙蝠,吸血蝙蝠的苦味功能严重退化。这个工作于2014年发表在《英国皇家学会会刊》。”由于当时没有吸血蝙蝠的基因组数据,该团队无法获得苦味基因的全长序列。

幸运的是,随着测序技术的发展,科学家破解了普通吸血蝠的基因组,这是三种吸血蝠中最常见的、数量最多的物种。赵华斌团队对该基因组进行分析,发现这种吸血蝙蝠只有8个全长的苦味受体基因,而其它蝙蝠物种通常具有18个。出乎意料的是,通过分子进化分析,他们发现该吸血蝠的8个苦味受体基因和其它蝙蝠的相应基因一样具有非常保守的序列,提示这些基因可能仍然具有感知苦味的功能。

为了检测这些基因是否仍然具有功能,赵华斌团队构建了体外的异源表达实验体系,在细胞水平上研究了这些受体基因是否能感知19种商业化的苦味物质,包括7种自然界就有的天然苦味化合物、12种人工合成的苦味化合物。有趣的是,其中5个受体基因能感知2个以上的苦味化合物。他们推测,另外3个受体基因应该也具有正常的功能,只是实验室没有足够的苦味化合物来检测罢了。在所检测的7种天然化合物中,其中5种不能被任何吸血蝙蝠的苦味受体感知,另外2种只能被1种受体基因感知。因此,他们推测,该吸血蝠物种可能基本上不能感知本研究的天然苦味化合物。

“其实,我们也不敢肯定如何解释我们的实验结果。”赵华斌解释称,“但是,我们有2个可能的解释。第一,这些残存的苦味功能可以帮助它们判断哪些猎物的血液是最可口的。事实上,没有证据表明吸血蝙蝠的食物中天然存在苦味化合物,而且脊椎动物的血液根本不会存在自然界中常见的苦味物质,例如咖啡因、奎宁和水杨苷等。但是,如果这些化合物被吸血蝙蝠的猎物取食,就会成为它们血液的一部分。例如,当植食性动物吃了植物,而植物能产生很多苦味化合物;或者在一个比较短的演化时间内,人类喝了一杯咖啡,咖啡因就可以在他们的血液中被检测到。第二,这些味觉受体基因可能有非味觉功能,就像人类的苦味受体具有调控葡萄糖稳态一样。当然,吸血蝙蝠的苦味受体基因具有什么非味觉的功能,需要未来更深入的研究。”(记者 赵清建)