微妙的口味

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年诺贝尔奖得主弗朗索瓦·雅各布写道，生物学家们继续认为这是正确的。

举个例子: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，几十年来被认为是视觉必需的多种视蛋白，也起着味觉感受器的作用。这一发现发表在《当代生物学》杂志上，它代表了视蛋白的一种不依赖于光的功能，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，”合著者克雷格·蒙特尔说，他是一位著名的分子、细胞和发育生物学教授。

19世纪末，科学家们发现视紫红质在感光方面的作用。视紫红质是一种与视网膜相结合的视蛋白，是维生素a的一种形式。直到最近，研究人员还认为视紫红质蛋白家族只参与光的接收。然而，在2011年，蒙特尔和他的同事们发现，一种视蛋白可以使果蝇在舒适的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，放大信号，最终激活感官反应。

蒙特尔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。这就导致了动物们所避免的苦味。然而，即使是高度稀释的马兜铃酸，果蝇也会避开，因为马兜铃酸的信号不足以直接打开通道。

蒙特尔和主要作者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。

他们让果蝇在单糖和掺有马兜铃酸的糖之间做出选择。不出所料，果蝇拒绝了含有这种苦味化学物质的糖，只吃了纯糖。

然后，科学家们培育出带有突变的果蝇，阻止它们合成不同的视蛋白。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。蒙特尔说，大量的苦味化学物质直接激活了TRPA1通道，这种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。

蒙特尔说:“视紫质早在19世纪70年代就被发现了，所以在150年后才发现视紫质在味觉上的作用是非常令人兴奋的。”

蒙特尔推测，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，比探测光线的能力更古老的生存功能。也许是偶然的，他大胆地说，视网膜与视蛋白结合并赋予视蛋白光感。

蒙特尔在2011年发现视蛋白在温度感觉中起作用后，另一组科学家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感受器的证明，蒙特尔怀疑它们可能还与其他感官有关。

“在每种情况下，它们都提供了一种机制，通过启动放大级联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。蒙特尔说:“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。