20世纪初,日本科学家池田菊苗就提出,除了酸、甜、咸、苦之外,鲜(umami)也是一种基本味道。大约过了80年,科学界正式地接受了这一观点。现在,在一项新发表于《自然·通讯》的研究中,一组科学家表示,或许还存在第六种基本味道。铵离子(NH??)和气态氨(NH?)是氨基酸的一种分解产物,当含量很高时,通常对人体和其他动物有害。铵有一种独特而强烈的味道,被描述为苦、咸和一点酸的结合。
虽然这听起来可能都算不上有吸引力,但对于生活在斯堪的纳维亚(如冰岛、挪威等北欧地区)国家的人来说,这种味道并不陌生。至少从20世纪初开始,他们就开始习惯享受一种添加了氯化铵(NH?Cl)的糖果,这种糖果在斯堪的纳维亚国家很受欢迎,名为咸甘草。氯化铵是一种强烈的味觉刺激。几十年来,尽管科学家已经开展了广泛的研究,但对于氯化铵激活味觉细胞的机制一直难以确定。现在,新的研究或许找到了问题的答案。
他们认为,舌头对氯化铵的反应,是通过与发出酸味信号的同种蛋白质受体进行的。味蕾由50~100个味觉受体细胞(TRC)组成的。II型TRC通过离子通道TRPM5来感知苦味、甜味或鲜味,而III型TRC则通过质子通道OTOP1来感知酸味。OTOP1位于细胞膜内,能形成让氢离子进入细胞的通道。
氢离子是酸的关键成分,这也是为什么柠檬水(富含柠檬酸和抗坏血酸)、醋(乙酸)和其他酸性食物碰到舌头时,就会产生一种酸味的原因。这些酸性物质中的氢离子通过OTOP1通道进入味觉受体细胞。氯化铵能够影响细胞内的酸的浓度,也就是氢离子的浓度。那么,氯化铵是否能以某种方式触发OTOP1呢?为了解答这个问题,研究团队将OTOP1基因引入实验室培养的人体细胞中,使这些细胞能够产生OTOP1受体蛋白。
然后,他们将这些细胞暴露在酸或氯化铵中,并测量反应。结果发现,氯化铵是OTOP1通道的强力激活剂,它的激活效果和酸一样好,甚至更好。氯化铵可以释放出少量的氨,氨会在细胞内移动,减少了氢离子,提高了pH值,使其更偏向于碱性。这种pH值差异驱使质子大量涌入OTOP1通道。与此同时,研究人员还使用一种测量电导率的技术,模拟了神经如何传导信号。
他们通过使用正常小鼠的味蕾细胞,以及被基因改造过的不能产生OTOP1的小鼠味蕾细胞,测量了当引入氯化铵时,由味觉细胞产生的被称为动作电位的电反应的程度。添加了氯化铵后,正常小鼠的味蕾细胞的动作电位急剧增加,而缺乏OTOP1的小鼠的味蕾细胞则对氯化铵没有反应。这证实了他们的假设,即OTOP1会对氯化铵作出响应,在味蕾细胞中产生电信号。
当研究人员记录下控制着味觉细胞的神经发出的信号时,发现情况也是如此——正常小鼠的神经对添加氯化铵会作出反应,但缺乏OTOP1的小鼠则没有反应。然后,研究小组进一步研究了小鼠在面对选择喝白水还是喝添加了氯化铵的水时的反应。在实验中,具有正常功能的OTOP1蛋白的小鼠会表现出不被氯化铵的味道吸引,因此不喝添加了氯化铵的水;而缺乏OTOP1蛋白的小鼠则不介意氯化铵的味道,即使浓度非常高也是如此。
这清晰地表明,OTOP1通道对于氯化铵的行为反应至关重要。至此,科学家的工作还没有结束。他们还想知道,其他动物是否也能灵敏地运用OTOP1通道来探测铵。他们发现,某些物种的OTOP1通道似乎比其他物种对氯化铵更敏感。这引发了研究人员的思考:能够尝到氯化铵的优势是什么?研究人员推测,品尝到氯化铵的能力,或许是为了帮助生物避免食用含有高浓度铵的有害物质而进化出来的。
铵存在于许多废物中,比如化肥,它有一定的毒性。因此,我们进化出味觉机制来检测这种物质,以规避危险。以鸡的OTOP1比斑马鱼的OTOP1对铵要敏感得多为例,研究人员认为这种差异可能反映了不同动物的生态位差异,比如鱼可能在水中根本接触不到太多铵,而鸡笼里却充满了铵。
不过,研究人员表示,目前对于这个问题的研究还处于非常早期的阶段,想要更好地了解不同物种对铵的敏感性差异,以及是什么使得某些物种的OTOP1通道对铵更敏感,还需更进一步的研究。为此,他们已经开始行动。他们确定了OTOP1通道的一个可以对铵做出反应所必需的特定氨基酸,并发现如果这一部分发生改变,通道对铵的敏感性就会降低,但它仍然可以对酸作出反应。
此外,由于不同物种都具有这一氨基酸,因此一定存在某种选择压力来维持它。这意味着,对动物的生存来说,OTOP1通道对铵的反应能力一定具有某种重要意义。未来,研究人员计划扩展这些研究。他们表示,也许氯化铵会继鲜之后,成为第六种基本味道。