Craig Montell在他的办公室，显示器上是他实验室的一些模型生物(图片来源: Matt Perko)
进化是修补匠，不是工程师。“进化不会从零开始产生新奇的东西。”1977年诺贝尔奖得主François Jacob写道，生物学家们继续认为这是正确的。
由加州大学圣巴巴拉分校的研究人员领导的一组科学家发现，多种视蛋白蛋白（几十年来被认为是视觉所必需的），也有味觉受体的功能。这一发现发表在《当代生物学》杂志上，它研究了一种不依赖光的视蛋白，并对这些蛋白质在古代生物体内的作用提出了疑问。
“这是视蛋白在味觉或任何形式的化学感觉中所起作用的第一个例子，”分子、细胞和发育生物学的杰出教授、合著者 Craig Montell 说。
19世纪晚期，科学家们发现了视紫红质的感光作用视紫红质是一种结合在视网膜上的视蛋白，是维生素A的一种形式。从那以后，视紫红质成为研究最多的感受器。 直到最近，研究人员认为视紫红质蛋白家族只参与了光接收。然而，在2011年，Montell 和他的同事发现，一种视蛋白使果蝇黑腹果蝇能够在其舒适范围内检测到微小的温度变化。
动物有多种对外界刺激作出反应的感觉蛋白。有些需要强烈的刺激，如滚烫的热，才能激活。视紫红质能够对非常细微的变化或非常低水平的刺激做出反应——比如在非常昏暗的光线条件下——然后引发分子级联反应，放大信号，最终激活感官反应。
Montell实验室的研究人员使用马兜铃酸（在一些植物中发现的一种有毒的苦味化合物）来研究果蝇的味觉感受器。高浓度的这种苦味化学物质通过直接打开一种叫做TRPA1的通道蛋白来激活果蝇的味觉神经元，这种通道蛋白可以让钙和钠进入细胞。这就使动物们避免苦味。然而，果蝇甚至可以避免高稀释度的马兜铃酸，这个被稀释的信号强度不足以打开信号通道。
Montell和主要作者Nicole Leung最近完成了她在加州大学圣巴巴拉分校的博士前研究，他们怀疑视蛋白分子可能也在通过信号放大过程探测微妙的化学信号。
他们让果蝇在单独食用糖和加入稀释马兜铃酸的糖之间做出选择。不出所料，果蝇拒绝了含有苦味化学物质的糖而吃了纯糖。
然后，科学家们培育不能合成视蛋白的突变体果蝇。他们发现，在三种视蛋白中任何一种有缺陷的果蝇都无法检测到这种小浓度的酸，而且它们摄入的含这种苦味化合物的糖几乎与纯糖一样多。然而，突变的动物仍然对大量的苦味化合物敏感，他们继续避免这种化合物。根据Montell的说法，大量的苦味化学物质直接激活了TRPA1通道，而TRPA1通道在没有视蛋白的果蝇体内仍然存在。
研究小组发现，马兜铃酸通过与视蛋白结合的方式激活了视蛋白，而视蛋白与视蛋白结合的方式与视蛋白结合的方式相同。就像在非常微弱的光线下激活视蛋白一样，化学激活的视蛋白随后启动分子级联，放大小信号。这使得果蝇能够检测到这种化合物的浓度，否则它们的感觉神经元将不足以产生反应。
研究小组发现，马兜铃酸通过与视网膜中视紫红质相同的位点结合而激活这些视蛋白。 就像视紫红质在微弱光线下被激活一样，化学激活的视蛋白随后启动了一个分子级联，放大了微小的信号。 这使果蝇能够检测到这种化合物的浓度，否则这种化合物不足以触发它们感觉神经元的反应。
“视紫红质早在19世纪70年代就被发现了，” Montell说，“所以在150年后发现视蛋白在味觉上有作用是非常令人兴奋的。”
Montell推测，化学感受可能是视蛋白最初的作用。他说，化学物质的接收比光的接收更能满足生命的基本需求。知道该吃什么和避免哪些危险的化学物质，比探测光线的能力有更古老的生存功能。他大胆地说，视网膜与视蛋白结合并赋予视蛋白光感也许是偶然的。
继2011年Montell发现视蛋白在温度感觉中起作用之后，另一个研究小组发现视蛋白在果蝇的听觉中起作用。 现在，随着视蛋白也是味觉受体的论证，Montell 怀疑它们可能还参与了其他的感官。
“在每种情况下，它们都提供了一种机制，通过启动放大级联反应来感应低水平的刺激，”他说。
这一新发现可能不仅仅局限于科学家们研究的果蝇。Montell说:“结果可能是视蛋白在哺乳动物中代表了一种新的味觉受体，包括人类。”蒙特尔的研究小组目前正在研究这一假设。
文献来源:
Nicole Y. Leung et al, Functions of Opsins in Drosophila Taste, Current Biology (2020).
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)30112-3
新闻报道来源：
https://phys.org/news/2020-04-scientists-class-receptors.html
作者：Harrison Tasoff, University of California - Santa Barbara
译文校稿：LuLu
