Prof. Katarzyna Siuzdak: Skąd wziął się kwaśny smak? Dlaczego go czujemy?

Na przykład delfiny nie mają innych receptorów niż słone, a koty nie mają receptorów na smak słodki. Ludzie potrafią rozróżnić pięć głównych smaków: słodki, słony, gorzki, kwaśny i umami [1]. Ten ostatni jest dość trudny do jednoznacznego określenia i czasem konieczna jest chwila zastanowienia by go opisać. Czasem można się spotkać z określeniem, że odpowiada on smakowi kwasu glutaminowego, czyli aminokwasowi obecnemu w białkach, który jest uwalniany podczas gotowania i fermentacji. Smak umami został zidentyfikowany ponad 100 lat temu przez japońskiego naukowca Kikunae Ikedę. Jednak ostatnio to na smaku kwaśnym i jego ewolucji skupił się zespól naukowców z Uniwersytetu Karoliny Południowej [2].

Wiele kultur wykorzystuje drobnoustroje by wytworzyć żywność, która nie jest kwaśna by jednak zyskała ten kwaśny smak. Jest to możliwe dzięki procesom fermentacji czy konserwowania żywności w zalewach octowych. Przygotowanie różnego rodzaju kiszonek poprzedza nawet początki rolnictwa. Nawet dzieci po urodzeniu potrafią rozpoznać, że smak jest kwaśny - widać wtedy grymas na ich twarzy [3]. Jednak ten smak jest tajemniczy i nie wiemy jak ewaluował czy tylko raz w kręgowcach, a może kilka razy?

Dopiero niedawno zidentyfikowano receptor OTOP1 dla smaku kwaśnego u kręgowców, który jest zachowany dla wszystkich gatunków, a białka podobne do OTOP1 znajdują się w organizmach nawet ewolucyjnie tak odległych jak ludzie i muszka owocowa. Białko OPTOP1 jest takim typem białka, które pozwala na przedostanie się protonów przez membranę [4]. Konkretne substancje, które pobudzają receptory kwaśnego smaku u kręgowców są już nam powszechnie znane. Są to kwasy organiczne, jak mlekowy, cytrynowy, jabłkowy, octowy, jak i nieorganiczne: solny, azotowy i siarkowy. W przypadku silnych kwasów nieorganicznych, bodźcem, który wyzwala smak jest proton i odczucie smaku kwaśnego jest związane z pH. Kiedy jednak mamy do czynienia ze słabymi kwasami organicznymi, to ten kwaśny smak jest związany nie tylko ze stężeniem uwolnionych protonów, czyli pH, ale też ze stężeniem sprotonowanych kwasów organicznych [5]. W wyniku obecności kwasów organicznych w naszym pożywieniu odczuwamy mocniej smak kwaśny niż gdyby był tylko kwas solny (dla tej samej wartości pH). Kwaśny smak może też się nam dwojako kojarzyć: przyjemnie, gdy preferujemy kiszonki i kwaskowate owoce i nieprzyjemnie, gdy już jakiś produkt jest zepsuty. Przyjemność z odczuwania smaku kwaśnego jest uzależniona również od jego stężenia.

Wracając to ewolucji genetycznej, to geny związane z receptorami smaku kwaśnego są obecne u kręgowców i bezkręgowców i naukowcy wskazują, że powinny być obecne u pierwszych gatunków kręgowców. Badacze przyznają, że te najwcześniejsze kręgowce już miały zdolność do wyczuwania kwaśnego smaku i mogły wyczuwać kwaśne substancje. Odkryli, że wiele współczesnych ryb, w tym minogokształtne i kostnochrzęstne ma zdolność do odczuwania kwaśnego smaku. Zatem, postrzeganie substancji kwaśnych jak i innych smaków jest co najmniej tak samo stare, jak stare są kręgowce.

Postawiono również hipotezę, że dość kwaśne jedzenie stało się przyjemne, gdy spożycie kwaśnej żywności okazało się cechą adaptacyjną do środowiska. Rozpatrzono to na kilku przykładach. I tak na przykład nocne małpy jedzą mocno dojrzałe owoce, przy czym większość jest w pewnym stopniu sfermentowana. Produktem ubocznym procesów gnicia i fermentacji jest kwas octowy a kwas mlekowy powstaje dzięki działalności bakterii kwasu mlekowego. W nocy te owoce są w środku bardziej sfermentowane i zawierają większe stężenie kwaśnych produktów ubocznych [6]. Dzięki temu są one dla zwierząt łatwiej wyczuwalne. Nocne małpy z preferencją do mocno dojrzałych owoców będą miały większą szansę na przeżycie. Po prostu wykorzystają pożywienie, które jest dla nich dostępne i łatwo je mogą zidentyfikować.

Drugim rozważanym przez naukowców przypadkiem są świnie, które mogą wyczuć kwaśny smak w swoim pożywieniu, i jak do tej pory stwierdzono, taki właśnie preferują [7]. W środowisku naturalnym, u różnych gatunków świniowatych poszukiwanie pokarmu odbywa się za pomocą narządu węchu. Należy zaznaczyć, że silne sygnały dla receptorów powonienia są związane z takimi pokarmami jak korzenie, bulwy, które nie są kwaśne. Jednak na węch silnie oddziałuje też żywność, która już zaczęła gnić, jak owoce, które spadły na ziemię czy padlina. Warto pamiętać, że szczątki roślinne i zwierzęce gnijące w wyniku działalności różnych drobnoustrojów mogą zawierać też te metabolity, które negatywnie wpływają na zdrowie. Z drugiej strony, większa populacja bakterii kwasu mlekowego czy kwasu octowego przyczynia się do zabijania potencjalnie szkodliwych mikrobów. Stąd świnia, która była zadowolona z jedzenia kwaśnej sfermentowanej żywności mogła mieć wcześniej dostęp do pożywienia, które było dla niej korzystne. Dla tych obu przypadków, tj. małp i świń, należałoby więc sprawdzić jakie konkretnie mikroby były najbardziej aktywne w zgniłym pożywieniu i jak te zwierzęta dokonywały prawidłowej selekcji, że trafiały na bezpieczną dla nich żywność.

A jak to wygląda u ludzi? Otóż, niezależnie od tego czy gnijące owoce odegrały rolę w kształtowaniu się naszych preferencji do kwaśnej żywności, założono, że ten wpływ ugruntował późniejsze relacje między człowiekiem a zgniłymi pokarmami. Stwierdzono, że podczas gnicia konkurują ze sobą trzy grupy drobnoustrojów: jednokomórkowe drożdże pączkujące, grzyby strzępkowe i bakterie kwasu mlekowego. Chociaż wszystkie te organizmy wytwarzają krótkołańcuchowe kwasy, to drożdże produkują jeszcze alkohol, a bakterie - kwas mlekowy. Gdy w zgniłych owocach dominują drożdże i bakterie kwasu mlekowego, to można powiedzieć, że według osoby, która spożywa taki pokarm został on ulepszony. Ponadto, proces gnicia przyczynia się do wzrostu kaloryczności posiłku, pojawienia się wolnych aminokwasów i witamin, co wpływa pozytywnie na trawienie. Dlatego w środowisku, w którym produkty spożywcze były trudno dostępne, zgniłe owoce stanowiły cenne źródło pożywienia, co zwiększało szanse na przeżycie.

Prawdopodobnie upodobania do kwaśnego pożywienia tzw. ostatniego naszego wspólnego przodka pozwoliły łatwiej spożywać te mocno sfermentowane owoce albo przynajmniej ich część, w której było więcej bakterii kwasu mlekowego. Dzięki temu, mógł on skorzystać z bezpiecznego źródła energii. Według naukowców biologiczne dowody jednoznacznie wskazują, że ostatni wspólny przodek goryli, szympansów i ludzi spożywał sfermentowane owoce.

Dzięki pracom zespołu naukowców pod kierunkiem Roberta Dunna niektóre zagadki receptorów czułych na kwaśny smak zostały rozwiązane i wpłynie to na postęp w badaniach nad ewolucją naszych upodobań smakowych. Można przypuszczać, że właśnie ewolucja doprowadziła do kształtowania ludzkich upodobań względem kwaśnych produktów, co ma konsekwencje dla wyboru sfermentowanego pożywienia (np. kiszone warzywa) i napoi (m.in. zakwasy buraczane, kefiry, maślanki). Bardzo możliwe, że starożytni ludzie bardziej byli skłonni docenić dojrzałe, a czasem wręcz gnijące owoce, które zawierały kwasy hamujące rozwój drobnoustrojów chorobotwórczych czy owoce, które były celowo fermentowane. Jednak, prawdziwa może być też hipoteza, że nasze upodobanie do smaku kwaśnego rozwinęło się, by doprowadzić nas do źródeł witaminy C, której zdolność do produkcji niestety człowiek stracił w wyniku ewolucji.

Literatura

[1] ER Liman, et al. Peripheral coding of taste. Neuron 81 (2014) 984-1000.

[2] H.E.R. Frank, The evolution of sour taste, Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences, 09 February 2022; DOI: 10.1098/rspb.2021.1918

[3] JR Ganchrow ET AL. Neonatal facial expressions in response to different qualities and intensities of gustatory stimuli. Infant Behav. Dev. 6 (1983) 473-484.

[4] Y-H Tu et al. An evolutionarily conserved gene family encodes proton-selective ion channels. Science 359 (2018) 1047-1050

[5] ERDC, Neta et L. A chemical basis for sour taste perception of acid solutions and fresh-pack dill pickles. J. Food Sci. 72 (2007) S352-S359.

[6] R. Dudley Ethanol, fruit ripening, and the historical origins of human alcoholism in primate frugivory. Integr. Comp. Biol. 44 (2004) 315-323

[7] E Roura et al. 1 method to evaluate piglet preferences specific to taste. In Manipulating Pig Production XIII: Proc. of the Thirteenth Biennial Conference of the Australasian Pig Science Association (APSA), Adelaide, Australia, 27-30 Nov. 2011, p. 87. Werribbee, Australia: Australasian Pig Science Association.