當(dāng)我們盡情品嘗現(xiàn)代食物的美妙滋味時(shí)，可能不會(huì)想到，對(duì)人類祖先來說，味覺是一項(xiàng)攸關(guān)生死的重要體驗(yàn)。

(相關(guān)資料圖)

動(dòng)物擁有五種主要的味覺：酸甜苦咸鮮。在人類還不會(huì)往食物包裝上印刷配料表的時(shí)候，味覺就擔(dān)任了分析食物成分的任務(wù)：甜代表糖分和高熱量，咸代表人體必要的無機(jī)鹽，鮮對(duì)應(yīng)著與蛋白質(zhì)有關(guān)的營(yíng)養(yǎng)成分，苦則是對(duì)潛在毒性的警告。

唯獨(dú)酸味的作用，在科學(xué)家眼中成了謎。我們既不知道它是如何演化而來，也不能確定它為什么在人體內(nèi)保存了下來——總不能是為了吃餃子蘸醋吧。

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01

酸味的特殊之處

酸味的特殊，從感知過程就和其他味道不一樣。

我們的舌頭上分布著許多味蕾（taste bud），每個(gè)味蕾中分布著百余個(gè)味覺細(xì)胞。這些細(xì)胞感知食物中的各種味道，把這些信號(hào)傳送到大腦的味覺皮層，這樣我們就嘗到了味道。

味覺細(xì)胞之所以能感受到味覺物質(zhì)，還要?dú)w功于細(xì)胞膜上存在的味覺受體。當(dāng)我們品嘗食物時(shí)，實(shí)際上是在感受食物中的化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)特定的化學(xué)物質(zhì)與特定的味覺受體結(jié)合，就會(huì)啟動(dòng)味覺信號(hào)，告訴大腦這是什么味道。

不過，不同的味道產(chǎn)生味覺信號(hào)的機(jī)制并不相同，甜、苦和鮮是由味覺受體蛋白被激活后，進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)，觸發(fā)下游的級(jí)聯(lián)信號(hào)通路產(chǎn)生的。然而咸和酸卻不一樣，它們是直接由離子通道介導(dǎo)的（離子在細(xì)胞膜內(nèi)外的流動(dòng)）。

不同的調(diào)味料。圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

研究者曾陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了甜味、苦味、鮮味和咸味的味覺受體，卻遲遲找不到酸味的感知機(jī)制。

直到2019年，《細(xì)胞》（Cell）和《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）發(fā)表的兩篇論文才終于在小鼠體內(nèi)鎖定了舌頭酸味受體中的一個(gè)離子通道——otopetrin-1（OTOP1）。

當(dāng)我們吃到某種呈酸性的物質(zhì)，OTOP1受體會(huì)允許氫離子跨膜進(jìn)入味覺受體細(xì)胞，從而檢測(cè)出食物的酸味。

然而即使在了解到一部分酸味的感知機(jī)制后，我們依然難以復(fù)原酸味味覺的演化歷程。對(duì)于其他的味覺系統(tǒng)，通過分析味覺受體蛋白對(duì)應(yīng)的遺傳基因信息，就可以根據(jù)基因突變來了解對(duì)應(yīng)味覺的演化。

然而這個(gè)方法對(duì)酸味味覺卻不適用，這是因?yàn)榫幋aOTOP1的基因表達(dá)非常廣泛，除了感知酸味，OTOP1對(duì)于內(nèi)耳也具有至關(guān)重要的作用，它會(huì)影響耳石的形成過程。OTOP1上的一些突變可能并不會(huì)改變酸味味覺，卻會(huì)導(dǎo)致某些前庭疾病。

這樣一來，即使在物種或種群之間發(fā)現(xiàn)了OTOP1的差異，也很難確定這種差異是不是來自與酸味相關(guān)的自然選擇。

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02

酸味的起源

不過，這并不意味著酸味味覺演化的線索就此斷掉了。

2022年2月，美國北卡羅來納州立大學(xué)的生態(tài)學(xué)家和和作者一起，廣泛調(diào)查了不同物種對(duì)酸味的感知能力，試圖重建酸味味覺的演化歷程。相關(guān)研究發(fā)表于《英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊B》（Proceedings of the Royal Society B）。

經(jīng)歷了漫長(zhǎng)演化，今天大部分動(dòng)物都丟失了（或丟失過）某種味覺。海豚似乎只能嘗到咸味，而貓嘗不出甜味。因此，研究者起初自然地認(rèn)為，酸味味覺應(yīng)該也一樣，在演化的長(zhǎng)河中被丟失了許多次。

然而，研究者測(cè)試了大約60個(gè)物種，從魚類、兩棲類到鳥類、哺乳類，所有被測(cè)試的物種都呈現(xiàn)出了感知酸味的能力。在這些動(dòng)物中，豬和靈長(zhǎng)類動(dòng)物似乎還會(huì)格外偏好酸味食物，例如野豬會(huì)格外喜歡發(fā)酵的玉米，而大猩猩則對(duì)某些姜科的酸味果實(shí)情有獨(dú)鐘。

研究者只能通過推測(cè)，來猜想那些最早的脊椎動(dòng)物是如何演化出酸味味覺的。好在，現(xiàn)生魚類為此提供了線索。

魚類的大部分味蕾，都不在嘴里，而是分布在臉上、身上、胡須上。對(duì)于水生生物來說，水體中溶解的二氧化碳會(huì)影響水體的酸堿度，這些變化對(duì)魚類來說非常危險(xiǎn)。因此，如果能用身體表面“品嘗”水體的酸度，對(duì)生存非常重要。

事實(shí)上，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與酸味受體OTOP1相關(guān)的基因廣泛存在于脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物中，因此“幾乎可以肯定存在于第一個(gè)具有味蕾的脊椎動(dòng)物中”。

這說明，最早的脊椎動(dòng)物可能已經(jīng)具備檢測(cè)酸性物質(zhì)的能力。換句話說，感知酸味的能力，至少與脊椎動(dòng)物一樣古老了。

不同物種感知酸味的能力，紫色指不喜歡酸味，綠色指喜歡酸味，白色指不清楚對(duì)酸味的喜好。圖片來源：原論文

03

偏愛酸味

人類和其他物種對(duì)于酸味的偏愛，或許也是一種生存策略。

人類和許多猿類已經(jīng)失去了在體內(nèi)合成維生素C的能力，而酸味或許也像其他味覺一樣，發(fā)揮了提醒食物成分的作用——這里可能有很多維生素C。

另一種可能的猜測(cè)是，對(duì)于許多靈長(zhǎng)類動(dòng)物來說，腐爛的動(dòng)物或植物是他們食物中重要的組成部分。而判斷這些腐爛食物是否安全的方法之一，或許就是看它們是否呈酸性——酸性代表食物中富含乳酸菌或醋酸菌，它們分泌的酸會(huì)殺死有害細(xì)菌。

無論出于怎樣的原因，一旦出現(xiàn)了對(duì)酸性食物的喜愛，尤其是結(jié)合了對(duì)鮮味的偏好時(shí)，我們的祖先就可能開始嘗試控制腐爛，來產(chǎn)生更美味的結(jié)果——如今，我們稱之為“發(fā)酵”。

美味酸黃瓜。圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載

或許下次吃餃子的時(shí)候，你可以更用心地體會(huì)一下，脊椎動(dòng)物數(shù)億年間的演化賦予人類的成果——酸味味覺。

“你好，我今天倒了點(diǎn)醋，想和你借點(diǎn)餃子”

參考鏈接：

[1]https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S009286741930950X

[2]https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(19)31161-3

[3]https://www.science.org/content/article/pucker-why-humans-evolved-taste-sour-foods

[4]https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2021.1918

作者：環(huán)球科學(xué)

出品：科普中國-星空計(jì)劃（創(chuàng)作培育）

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標(biāo)簽： 脊椎動(dòng)物 離子通道