Weißäugiger Honigliebhaber (Phylidonyris novaehollandiae).
Vögel verloren in den frühen Stadien der Evolution ihre Fähigkeit, süßen Geschmack wahrzunehmen, sodass die Vorfahren moderner Arten, die sich von Früchten und Nektar ernähren, diese Fähigkeit erneut erlernen mussten. Zum Beispiel, wie Experten herausgefunden haben, haben Singvögel vor etwa 34-23 Millionen Jahren wieder gelernt, süß wahrzunehmen. Dabei halfen ihnen Mutationen im Umami-Rezeptor, dank denen er auch auf süßen Geschmack zu reagieren begann. Wie in einem Artikel für die Zeitschrift Science festgestellt, behielten jedoch selbst die Singvögel, die sich heute von Insekten oder Samen ernähren, meist die Fähigkeit, zwischen süßen Speisen zu unterscheiden.
Viele Vögel lieben Früchte, Blütennektar und andere zuckerreiche Lebensmittel. Eine solche Diät weist darauf hin, dass sie gut zwischen Süßigkeiten unterscheiden können. Wie Fachleuten bekannt ist, haben Vögel jedoch in den frühen Stadien der Evolution das TAS1R2-Gen verloren, das für die Produktion eines der beiden Proteine notwendig ist, die den süßen Geschmacksrezeptor bilden. Dieser Verlust ist höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass sich die frühen Vögel hauptsächlich von Insekten ernährten und selten süßes Essen fanden. Infolgedessen mussten Arten, die sich an die Nahrungsaufnahme von Früchten oder Nektar angepasst haben, die Fähigkeit, Süße wahrzunehmen, neu entwickeln. Kolibris haben dafür beispielsweise den Umami-Geschmacksrezeptor, bestehend aus den Proteinen TAS1R1 und TAS1R3, modifiziert.
Ein Team von Biologen unter der Leitung von Maude Baldwin vom Max-Planck-Institut für Ornithologie (sie leitete die oben erwähnte Studie zur Evolution süßer Geschmacksrezeptoren bei Kolibris) hat sich entschieden, herauszufinden, wie die Fähigkeit, Süße bei Vertretern von die Ordnung Passeriformes, die die meisten modernen Vogelarten umfasst. Fruchtfressende und nektarfressende Formen traten immer wieder in verschiedenen Entwicklungszweigen dieser Gruppe auf, es blieb jedoch unklar, ob sie die Süße unabhängig voneinander wahrnahmen oder diese Fähigkeit von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt hatten.
Zuerst führten Baldwin und ihre Co-Autoren Verhaltenstests mit weißäugigen Honigliebhabern (Phylidonyris novaehollandiae) durch, einem australischen Vogel aus der Familie der Honigsauger (Meliphagidae), der sich hauptsächlich von Nektar ernährt. Den Vögeln wurde die Wahl zwischen reinem Wasser und Wasser mit Zuckerzusatz angeboten – und sie bevorzugten gesüßtes Wasser. Die Ergebnisse des Experiments haben überzeugend gezeigt, dass Honigliebhaber zwischen süßen Geschmacksrichtungen unterscheiden können. Als die Forscher das Experiment mit körnerfressenden Kanarienvögeln (Serinus canaria) wiederholten, zeigten sie jedoch auch mehr Interesse an dem gesüßten Wasser. Daher ist die Fähigkeit, süßen Geschmack wahrzunehmen, auch bei Singvögeln vorhanden, die sich nicht von Früchten und Nektar ernähren.
Im nächsten Schritt analysierten die Forscher, wie die Umami-Rezeptoren TAS1R1-TAS1R3 bei den Singvögeln (Passeri) funktionieren. Es stellte sich heraus, dass diese Rezeptoren bei Arten, die viel Früchte und Nektar konsumieren (Honigliebhaber, Japanischer Weißäugiger (Zosterops japonicus) und Rotohrbulbul (Hypsipetes amaurotis)) nicht nur auf Aminosäuren, sondern auch auf Kohlenhydrate - d.h. neben der Wahrnehmung durch den Verstand auch einen süßen Geschmack erleben lassen. Ähnliche Ergebnisse wurden für körnerfressende und insektenfressende Arten erhalten - Kanarienvögel und Kohlmeisen (Parus major).
Weitere Studien haben gezeigt, dass bei insektenfressenden Mitgliedern der Tyranni-Untergruppe, die sich im frühen Känozoikum von Singvögeln abspalteten, TAS1R1-TAS1R3-Rezeptoren nur auf Aminosäuren und nicht auf Kohlenhydrate reagieren. Somit dienen sie in dieser Gruppe nur der Geschmackswahrnehmung durch den Geist. Die erhaltenen Daten deuten den Autoren zufolge darauf hin, dass der Umami-Rezeptor nach der Aufteilung der Singvögel in Singvögel und Schreivögel zusätzliche Funktionen des Süßgeschmacksrezeptors übernommen hat, und dies nur einmal in der Singvogellinie. Ein weiteres Argument für diese Idee ist die Tatsache, dass der TAS1R1-TAS1R3-Rezeptor in der braunen Falschen Torte (Climacteris picumnus), einem primitiven Singvogel aus Australien, stark auf Aminosäuren und viel schwächer auf Kohlenhydrate reagiert.
Nach der Rekonstruktion der hypothetischen Struktur von Rezeptoren in verschiedenen Entwicklungsstadien von Singvögeln kamen Baldwin und ihre Kollegen zu dem Schluss, dass die Fähigkeit, süßen Geschmack wahrzunehmen, bereits beim gemeinsamen Vorfahren von Honigsaugern und anderen Singvögeln auftrat. Damit TAS1R1-TAS1R3 auch auf Kohlenhydrate reagieren konnte, mussten Mutationen in beiden Proteinen auftreten. Wie die Autoren herausgefunden haben, liegen diese Mutationen beim TAS1R1-Protein in einer Region aus sieben Aminosäuren und beim TAS1R3-Protein in einer Region aus neun Aminosäuren. Interessanterweise befindet sich die Mehrheit dieser Nukleotide in der Liganden-bindenden Region des Rezeptors im TAS1R1-Protein und nicht wie bei Kolibris in TAS1R3. Somit unterscheiden sich die spezifischen Mutationen, die dem Umami-Rezeptor zusätzliche Funktionen des Sweet-Rezeptors verliehen haben, in diesen beiden Gruppen. Neben der Ligandenbindungsregion beeinflussten Veränderungen des Umami-Rezeptors bei Singvögeln Regionen, die für die Rezeptoraktivierung und Signalübertragung verantwortlich sind.
Die frühen Stadien der Evolution der Singvögel fanden in Australien statt und anscheinend lernten die Vertreter dieser Gruppe hier, den süßen Geschmack wahrzunehmen. Baldwin und ihre Co-Autoren vermuten, dass diese Verschiebung mit der allmählichen Trockenheit des australischen Klimas im Oligozän vor 34-23 Millionen Jahren verbunden sein könnte. Als der Kontinent trockener wurde, verbreiteten sich hier verschiedene Arten von Eukalyptusbäumen. Diese Bäume produzieren oft eine süße Ausscheidung, die als Manna bekannt ist und die die einheimischen Vögel gerne essen. Vielleicht haben sich die Vorfahren der modernen Singvögel, die sich an das Essen von Manna gewöhnt haben, in Naschkatzen verwandelt. Es ist jedoch möglich, dass sich Mutationen im Umami-Rezeptor, dank denen er auch einen süßen Geschmack wahrnahm, noch früher anhäuften.
Nachdem sich die Singvögel aus Australien im Rest der Welt angesiedelt hatten, behielten sie unabhängig von ihrer Ernährung weitgehend die Süße ihrer Vorfahren bei. Diese Eigenschaft ermöglicht es sogar insekten- und granivoren Arten, sich periodisch von Früchten und Nektar zu ernähren sowie sich in relativ kurzer Zeit zu fruktiven und nektarfressenden Formen zu entwickeln.
Auch die Vorfahren der Fledermäuse verloren ihre Fähigkeit, süße Geschmäcker zu unterscheiden. Obwohl einige insektenfressende Arten die Proteingene TAS1R2 und TAS1R3 behalten, werden sie durch Mutationen beschädigt und funktionieren nicht. Selbst Arten aus der Familie der Blatttragenden, die mit seltenen Ausnahmen auf die Nahrungsaufnahme von Früchten und Nektar umgestellt haben, hatten keine Zeit, die Arbeit dieser Rezeptoren wiederherzustellen.
