硬核科普:吃貨是怎麼進化的?_風聞
西竹先生-长安一片月,万户捣衣声2019-08-21 17:32
轉引來源丨北大出版社
中國人常説“民以食為天”,忙碌一天之後,能吃上一頓色香味俱全的美食那是再幸福不過的事情了。連漢字的“和”都是由“禾”和“口”組成,口裏有了糧食,人便可以悠然度日。
縱觀生物界,愛當“吃貨”的不僅僅是人類。大到整個動物界,小到微小的細菌,活着都離不開“吃”。
然而,對於低等生物來説,吃本身不是目的,吃是為了活着,然後繁殖,把基因傳下去。作為高等動物的人類,活着也可以不為了繁殖,而是做他們認為比繁殖更有意義的事情。
△比如······閲讀?
吃貨是怎麼進化出來的?
動物要進食,首先需要知道哪些東西是身體可以利用的營養物,可以吃;哪些東西沒有營養,甚至有毒,不能吃。這樣的信息是視覺、聽覺和觸覺提供不了的,必須通過食物中某些特徵性分子的結構來獲得。而獲得這些特徵性分子信息的機制,就是味覺。
△舔一舔,歡樂多
隨着不斷進化,原始的微生物直接用細胞膜來“品嚐”食物,而高等動物是用舌頭上的味蕾來感受食物中的分子結構。
今天,這篇硬科普就要為你介紹自然界中千奇百怪的吃貨進化圖鑑。
01
細菌打滾,是為了混口飯吃!
讓我們從生物最基本的形態開始。
學過生物的你們,都聽説過原核生物。從原核生物開始,例如細菌就知道向營養物濃度高的方向運動,或者避開有害物質。舉個栗子,比如説大腸桿菌可以感知環境中的氨基酸和糖類,而向它們濃度高的方向遊動。
△大腸桿菌都在拼命打滾,你還有什麼理由不努力
那麼,大腸桿菌是怎麼知道哪裏的水甜的呢?
它是靠“全身”來感知的。在它全身細胞的膜上有感受營養物質的的受體。周圍環境沒營養的時候,這個分子可以細胞內的另一個分子相互作用,然後驅動大腸桿菌身上的鞭毛,向順時針方向轉動,也就是説讓細菌“打滾”翻跟斗,從而接近有營養的水域。
大腸桿菌是單細胞生物,它能夠辨別食物分子,也可以看成是最原始的“味覺”。
△美國藝術家設計的各類菌型冰棍兒
但是,低等生物畢竟是低等生物,它們還有很多不完備之處。低等動物都沒有神經系統,而我們所説的味覺是一種感覺,不但要有感受食物的結構,更重要的還是這種感受傳遞到神經中樞裏。
比方説,高等動物的大腦,可以對這種感受進行“解讀”。是酸是甜?是好吃還是難吃?而這又是經過幾億年才進化出來的。
02
腿也能品嚐
昆蟲已經有腦,昆蟲腦的分區使得昆蟲可以對味覺信號和嗅覺信號分開處理。例如味覺信號就是由食道下神經節處理的,味覺感受器主要在口器最前端的唇瓣上,同時也在腿上和翅膀上。
所以昆蟲可能是先用腿“嘗”,再進一步用嘴“嘗”。
△喝水的蝴蝶
典型的昆蟲味覺感受器是外皮上空心的毛,毛的頂端有一個開口,內部有數個感覺神經細胞,通過它們的單根神經纖維與外界接觸。
例如,腿部的味覺感受器就有四個感覺神經細胞,分別為感受甜味的、感受苦味和高鹽的、感受低鹽溶液的和感受水的神經纖維。甜味、低鹽溶液和水都能夠使昆蟲的口器伸出,表示昆蟲準備進食或喝水,叫伸喙反射,可以作為昆蟲對潛在性食物的正面反應。反之,苦味和高鹽會使口器縮回,表示昆蟲想回避這些物質。
這些感覺神經元表明,昆蟲已經有甜、苦、鹹等味覺。
△小蜜蜂和菠蘿蜜
當然,我們把昆蟲對蔗糖的感覺當成是甜味,把昆蟲對奎寧和黃連素的感覺定義為苦味,是根據人對這樣物質的感覺來定義的。其實,我們並不知道昆蟲對這些物質的具體感覺是什麼。
但是,昆蟲對蔗糖的反應是伸出口器,對奎寧的反應是縮回口器,説明昆蟲對蔗糖的感覺是愉悦的,對奎寧的感覺是不愉快的,和人類的反應類似。這也沒有什麼可奇怪的,因為甜味意味着糖類,是昆蟲需要的物質,而苦味多意味着物質有毒,不能進食。
有趣的是,昆蟲還有專門對水的味覺受體,而且水能夠使昆蟲有進食或者飲水的正面伸喙反射,説明水對於昆蟲也有可能是一種“味道”,只是我們無法知道在昆蟲嘴裏,水是什麼味道。
03
“辣”原來不是味覺?
進化之路不斷前行,哺乳動物的味覺功能主要是口腔中的舌頭來執行的。
人舌頭表面有許多乳頭狀的突起,叫舌乳頭。與味 覺有關的舌乳頭有三種:
在舌尖和兩側的主要為菌狀乳頭,因為其形狀有些像蘑菇。舌頭後部的上面有8~12個圓頂樣的突起,叫輪廓乳頭。舌頭後部的兩側各有幾個片狀突起,形狀像樹葉,叫葉狀乳頭。
舌乳頭的作用有些像大腦表面的皺褶,可以增加感受味道的表面積。
△舌乳頭分佈圖
上面前三種乳頭的表面都含有感覺味道的結構,叫做味蕾,總數有數千個。菌狀乳頭的味蕾主要在上表面,葉狀乳頭和輪廓乳頭的味蕾主要在側面。
第四種乳頭數量最多,但與味覺無關,其功能是觸覺,感受食物的質地,如軟、硬、粗、細、脆、綿等,增加動物對食物的感覺。
每個味蕾含有 50~100個味覺細胞,聚集成球狀, 埋在舌頭的上皮細胞中。每個味覺細胞在味蕾開口處發出微絨毛,上面有味道感受器。溶解於唾液的外來味覺分子與之結合,觸發神經衝動,通過味覺細胞在另一端發出的軸突將味覺信號傳輸至大腦。
△舌頭怎麼“嘗”味道
哺乳動物的味覺大致可以分為五種:甜、鮮、苦、酸、鹹,基本上和過去認為的酸、甜、苦、辣、鹹五種味道一致,其中只有一個不一樣。
過去被認為是味道之一的辣味,現在已經知道是辣椒素結合於TRPV1受體所引起的感覺。由於TRPV1也可以被42攝氏度或以上的温度激活,所以**辣和燙其實是同一種感覺。**而且辣椒素在舌頭以外的皮膚或黏膜上引起灼燒感,説明它不是味覺。
鮮味過去不被認為是一種味道,但現在被發現是通過與感受甜的受體類似的受體感覺的。而且它在非味覺器官中不被感受到,所以被列為五種味道之一。
文章來源丨朱欽士《生命通史》