Povestea păsărilor cântătoare este o poveste a zahărului

Cu mult timp în urmă, păsările cântătoare au executat o mișcare evolutivă puternică, relansând un senzor pentru ca, la fel ca la gusturile sărate, să reacționeze și la dulce.

De Ed Yong, 8 iulie 2021

  Auscape / Universal Images Group / Getty

Pădurile unice din Australia sunt locul de naștere al cântecului păsărilor. Plantele de acolo sunt udate de lumina soarelui și pot produce zaharuri cu ușurință și masiv, prin fotosinteză . Dar cu puțini nutrienți în sol, plantele se luptă să transforme aceste zaharuri în frunze, semințe și alte țesuturi. Au sfârșit prin exces, pe care îl dăruiesc pur și simplu. Florile isi revarsă nectarul. Eucaliptii emană din coaja lor o substanță dulce numită mană. Chiar și insectele care se hrănesc cu seva vegetală sunt forțate să excrete zaharuri excedentare, sub formă de lichide cunoscute sub numele de miere sau lerp. După cum a scris odată biologul Tim Low, Australia are „păduri care emană energie”.  

În cartea sa, Where Song Began, Low a argumentat că păsările din Australia au beneficiat de caloriile ale insulei, devenind neobișnuit de mari, agresive, inteligente și vocale. De asemenea, au acum un succes extraordinar. Studiile genetice arată că cel mai mare grup de păsări - osinele sau păsările cântătoare - au provenit din Australia înainte de a se răspândi în întreaga lume. Acest grup conține acum aproximativ 5.000 din cele 10.000 de specii de păsări cunoscute, incluzând șirubii, cardinalii, sturzii, vrăbiile, cintezele  și graurii. Toate aceste păsări au coborât dintr-un strămoș a cărui voce a pătruns printre copacii australieni și ale cărei papile gustative au fost gâdilate de dulcele nectar australian.

Dar toată această poveste și are un tâlc. În mod evident, un animal ar trebui să poată simți mâncarea pe care o mănâncă. Și până nu demult, nu părea că păsările cântătoare chiar ar putea gusta zahărul.   

Oamenii și majoritatea celorlalte mamifere detectează zaharurile cu un senzor numit receptor de dulce, care se găsește în papilele gustative și recunoaște forma moleculelor de zahăr. Două gene, numite T1R2 și T1R3, construiesc fiecare jumătate din receptor. Dar la pisici, hiene, foci, delfini și lilieci vampiri, gena T1R2 este defectă, iar receptorul dulce nu funcționează. Când animalele mănâncă carne (sau sânge) și nimic altceva, nu mai au nevoie de capacitatea de a gusta zahărul și îl pierd rapid. Aceeași soartă a avut-o probabil și micii dinozauride  pradă care au fost strămoșii păsărilor. Este posibil să fi pierdut T1R2 în întregime, motiv pentru care nicio pasăre modernă nu are gena. Când păsările au evoluat pentru prima dată, dulceața nu făcea parte din sistemul lor gustativ.

Ve însă zici de colibri? Sunt un grup distinct de păsările cântătoare și sunt specializați în consumul de nectar. Sunt atât de atrași de dulceață încât vor evita florile care nu sunt suficient de dulci. La fel ca și alte păsări, le lipsește T1R2. Dar așa cum a arătat Maude Baldwin, de la Institutul de Ornitologie Max  Planck,  în 2014, păsările colibri  au evoluat spre o soluție de rezolvare.  Împreună cu Yasuka Toda, de la Universitatea din Tokyo, Baldwin a descoperit că păsările colibri au transformat un receptor de gust diferit, care detectează în mod normal gustul savuros al umami într-unul care detectează și zahărul. Procedând astfel, păsările colibri și-au recăpătat capacitatea senzorială pe care strămoșii lor dinozauri și-o pierduseră. (Receptorul pentru gustul sărat al unor colibri poate detecta în continuare umami, ceea ce înseamnă că „este posibil să nu poată distinge între dulce și sărat”, mi-a spus Baldwin; imaginați-vă că sosul de soia și sucul de mere ar fi, după gustul dvs. identice.)

Baldwin și colegii ei au continuat să studieze alți specialiști în nectar, cum ar fi melicele - păsări cântătoare mari, care sunt comune Australiei. (Fanii jocului de masă Wingspan și al expansiunii sale Oceania vor fi familiarizați cu importanța nectarului pentru păsările australiene.) Echipa a constatat că, la fel ca păsările colibri, mâncătorii de miere au și receptori de gust sărat care răspund la zahăr. Dar, în mod neașteptat, asa fac și alte păsări cântătoare, inclusiv canarii, care mănâncă în cea mai mare parte cereale, dar și pițigoii, care mănâncă mai ales insecte. Prin compararea receptorilor de savoare ai acestor specii moderne, echipa lui Baldwin ar putea să se proiecteze înapoi în timp și să-și dea seama cum ar fi arătat receptorii primelor păsări cântătoare. Ar putea chiar să recreeze acești senzori antici în laboratorul lor și să arate că reacționează și la zahăr. Cercetările lor sugerează că păsările cântătoare au gustat dulceața de aproape tot atâta timp cât au existat păsările cântătoare. „A fost cu adevărat surprinzător”, mi-a spus Baldwin. Și când s-a uitat mai atent la receptorul savuros al păsărilor cântătoare, surpriza ei s-a  adâncit.

La fel ca receptorul de dulce, receptorul de savoare este format din două jumătăți care sunt construite de gene diferite - T1R1 și T1R3. Păsările colibri au refăcut în principal receptorul prin schimbarea jumătății T1R3. Dar păsările cântătoare au făcut-o modificând în cea mai mare parte gena T1R1. Imaginați-vă aceste jumătăți ca două mâini deschise care ating încheietura mâinii, cu degetele care sunt specificate pentru a apuca molecule de o anumită formă. Atât păsările cântătoare, cât și păsările colibri au schimbat poziția acelor degete, astfel încât să poată profita mai bine de zaharuri, dar un grup a făcut-o pentru mâna dreaptă, iar celălalt pentru stânga. Au atins același scop prin mijloace radical diferite.

Aceste descoperiri ale păsărilor cântătoare reprezintă cel puțin șase ani de cercetare și „o cantitate uimitoare de muncă”, spune Heather Eisthen, biolog senzorial de la Universitatea de Stat din Michigan. „Este uimitor ce am putut învăța”. De exemplu, echipa a descoperit că păsările cântătoare aveau nevoie de 16 mutații pentru a-și converti receptorul de gust sărat într-unul de gust dulce. Niciuna dintre aceste mutații nu face multe de la sine, iar Baldwin suspectează că s-au adunat încet și aleatoriu, pentru că nici nu dezactivează receptorul savuros și nici nu îi conferă noi proprietăți. Receptorul a reacționat la zahăr doar cu combinații ale acestora și poate chiar cu setul complet de 16. Abia atunci păsările cântătoare au câștigat o senzație de dulceață.  

Această călătorie evolutivă este atât de complicată încât nu este de mirare că multe păsări nu au finalizat-o. Și poate de aceea au explodat cele care au făcut-o. Probabil că păsările cântătoare au dezvoltat o percepție privind gustul dulce în urmă cu aproximativ 30 de milioane de ani, când Australia era mult mai umedă. Pe măsură ce clima s-a uscat, solurile au devenit mai sărace și eucalipții s-au extins. Pădurile au abundat cu noi surse de zahăr, cum ar fi mana, pe care păsările cântătoare erau deja pregătite să le găsească și să le exploateze. Poate că energia suplimentară din aceste calorii abundente le-a permis să migreze pe distanțe mari și să călătorească pe alte continente. Poate că ar fi putut să prospere în noile lor case, găsind flori care deja atrăgeau insectele cu nectar. „Sunt cel mai de succes grup de păsări”, mi-a spus Eisthen. „Trebuie să vă  întrebați cât de mult din succesul lor se datorează acestui talent ascuns, care le permite să invadeze noi nișe și să se hrănească cu surse de hrană pe care alte animale nu le exploatează”.

Baldwin încearcă să afle acest lucru. Ea vrea să știe dacă și alte păsări au dezvoltat un gust orientat spre dulce și dacă cele care au făcut-o s-au diversificat mai repede în specii noi. Vrea să știe dacă orice păsări cântătoare, cum ar fi sfrânciocii, care mănâncă carne, și-au pierdut simțul pentru dulceață.

 Și vrea să știe dacă gustul pentru zahăr poate alimenta ritualuri complexe de curtare, cum ar fi dansurile energetice. Între timp, Sushma Reddy, ornitolog la Universitatea din Minnesota, subliniază că colibrii, păsările cântătoare și papagalii, trei grupuri de păsări cu o mulțime de specii care mănâncă nectar, „sunt, de asemenea, aceleași linii care au evoluat învățarea vocală convergent   ” - abilitatea de a crea melodii și sunete noi după ce a ascultat alte păsări.  Ar putea fi legate aceste trăsături? Poate că există o legătură ascunsă între bogățiile de zahăr  ale pădurilor din Australia și melodiile frumoase care  umplu aerul fiecărui continent - între dulceața senzorilor palatului și dulceața vocii.

Ed Yong este scriitor științific la The Atlantic.

Articolul original:

The Story of Songbirds Is a Story of Sugar

https://www.theatlantic.com/science/archive/2021/07/origin-of-birdsong-sugar/619387/