Il senso del colibrì per il dolce

Priva, come tutti gli uccelli, del recettore per il sapore dolce, tipico invece degli altri vertebrati, la famiglia Trochilidae (Colibrì) ha sviluppato un suo particolare recettore per questo sapore che l’ha resa in grado di sfruttare una risorsa ricca di calorie: il nettare dei fiori


I vertebrati hanno evoluto un’impressionante varietà di recettori chimici. Essi sono in grado di individuare sostanze utili alla sopravvivenza, oppure pericolose, nei potenziali cibi, trasmettendo poi l’informazione al cervello sotto forma di odori o sapori. Mentre i recettori per odori, feromoni e sapori sgradevoli come salato, acido e amaro sembrano essere aumentati rapidamente di numero nel corso della storia evolutiva di questi organismi, quelli che rilevano i cibi ad alto valore nutritivo associati ai sapori dolce e umami (sapido in lingua giapponese) sembrano invece essere rimasti praticamente costanti nel percorso evolutivo del taxon. I primi hanno infatti subito un esteso processo di duplicazione-differenziazione dei geni responsabili della loro codifica, mentre i secondi sono legati all’espressione, in differenti combinazioni, di tre sole proteine-recettore chiamate complessivamente T1Rs.

Nella maggior parte dei vertebrati il recettore formato dalla coppia T1R1/T1R3, responsabile della percezione del sapore umami, si attiva in risposta ad aminoacidi e peptidi, in particolare il glutammato, permettendo di individuare i cibi ricchi in proteine. La coppia T1R2/T1R3 si attiva invece in risposta ai cibi ricchi in carboidrati segnalandone la presenza sotto forma di sapore dolce. 

Esistono poche eccezioni a questa regola generale: un aumento nel numero dei T1Rs è stato osservato solo in poche specie di pesci; mentre la perdita o l’inattivazione di uno dei geni del gruppo è più frequente, ma è stata osservato solo in specie con diete estremamente specializzate. Il panda gigante, che nel suo ambiente consuma solo raramente carne o insetti, ha finito per perdere il gene per T1R1 e non percepisce il sapore umami. Invece i felini, che si nutrono quasi esclusivamente di carne, non sono in grado di percepire il sapore dolce e sono privi di T1R2 (i gatti domestici apprezzano a volte i dolciumi consumati dai loro padroni, ma questo è dovuto alla presenza in questi alimenti di grassi animali più che al sapore dolce).

Fino ad oggi la situazione relativa ai recettori gustativi degli uccelli non era stata esaminata in modo molto approfondito; per cercare di compensare questa lacuna, Maude W. Baldwin e colleghi, in una collaborazione fra le università di Cambridge, Tokyo, Dublino, California e Harvard, hanno esaminato i genomi già sequenziati di 10 specie di uccelli con sonde progettate per i recettori T1Rs di altri vertebrati. I ricercatori hanno inoltre esaminato gli RNA messaggeri presenti nell’epitelio orale di tre specie: Calypte anna (un colibrì), Gallus gallus (pollo domestico) e Chaetura pelagica (un rondone).

I risultati della ricerca, pubblicati sulla rivista Science, hanno stabilito che in nessuna delle specie esaminate è presente un gene per la codifica di T1R2, né le sequenze non codificanti tipicamente affiancate a questo gene. Dal momento che tale gene è presente nei rettili, è assai probabile che sia andato perso in un qualche momento compreso tra la separazione dei dinosauri dagli altri rettili e l’origine dei primi uccelli.

Le conclusioni riportate nella prima parte della ricerca finiscono però per aprire un altro quesito: gli uccelli appartenenti alla famiglia dei colibrì (Trochilidae) sono noti per la loro dieta basata sul nettare e sugli zuccheri in esso contenuto. Ma, se come tutti gli alti uccelli, essi sono privi del recettore per il sapore dolce proprio dei vertebrati, come è possibile per questi volatili rilevare i carboidrati presenti nel nettare?

Nella seconda parte della ricerca gli autori hanno potuto rilevare che, mentre il recettore T1R1/T1R3 delle altre specie rispondevano al glutammato come in tutti gli altri vertebrati, quello di colibrì era insensibile a questa sostanza attivandosi invece in presenza di glucosio. Una serie di esperimenti successivi hanno poi individuato nel recettore di colibrì 19 mutazioni responsabili del suo cambio di funzione, stabilendo inoltre che, pur attivandosi in risposta al glucosio, il recettore T1R1/T1R3 di colibrì è insensibile alla maggior parte dei dolcificanti artificiali specifici per il recettore del dolce dei mammiferi.

L’assenza dei recettori per i carboidrati, nella maggior parte degli uccelli, li rende di fatto incapaci di individuare una ricca fonte di nutrimento come il nettare dei fiori. L’acquisita capacità da parte dei colibrì di percepire i sapori dolci è stata probabilmente fondamentale per consentire lo sfruttamento di numerose nicchie ecologiche fino ad allora vuote, portando all’evoluzione delle più di 300 specie che compongono attualmente questa famiglia.

Daniele Paulis


Riferimenti:
Baldwin MW, Toda Y, Nakagita T, O’Connell MJ, Klasing KC, Misaka T, Edwards SV, Liberles SD.  Evolution of sweet taste perception inhummingbirds by transformation of the ancestral umami receptor. Science. 2014 Aug 22;345(6199):929-33.

Crediti immagine: Andrea Romano