วิวัฒนาการของตัวรับรสขมเป็นหนึ่งในการปรับตัวทางวิวัฒนาการที่มีพลวัตมากที่สุดที่เกิดขึ้นในหลายสปีชีส์ ปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในสาขาชีววิทยา วิวัฒนาการ เนื่องจากมีบทบาทในการระบุสารพิษที่มักพบในใบของพืชที่กินไม่ได้ ในทางทฤษฎีแล้ว เพดานปากที่ไวต่อรสขม เหล่านี้มากกว่า จะมีข้อได้เปรียบเหนือสมาชิกในประชากรที่ไวต่อสารพิษเหล่านี้น้อยกว่า เนื่องจากพวกเขามีโอกาสน้อยกว่ามากที่จะกินพืชมีพิษ ยีนรับรสขมพบได้ในสัตว์มีกระดูกสันหลังหลายชนิด รวมถึงฉลามและปลากระเบน^{[ 1 ]}และยีนเดียวกันนี้ได้รับการระบุลักษณะอย่างดีในสัตว์ทดลองทั่วไปหลายชนิด เช่น ไพรเมตและหนู รวมถึงในมนุษย์ด้วย ยีนหลักที่รับผิดชอบในการเข้ารหัสความสามารถนี้ในมนุษย์คือ ตระกูลยีน TAS2Rซึ่งประกอบด้วยตำแหน่งการทำงาน 25 ตำแหน่งและยีนเทียม 11 ตำแหน่ง การพัฒนาของยีนนี้ได้รับการระบุลักษณะอย่างดี โดยมีหลักฐานว่าความสามารถนี้วิวัฒนาการขึ้นก่อนการอพยพของมนุษย์ออกจากแอฟริกา^{[ 2 ]}ยีนยังคงวิวัฒนาการต่อไปในปัจจุบัน

ตระกูลตัวรับรสขมT2R ( TAS2R ) ถูกเข้ารหัสบนโครโมโซม 7และโครโมโซม 12ยีนบนโครโมโซมเดียวกันแสดงให้เห็นความคล้ายคลึงกันอย่างน่าทึ่ง ซึ่งบ่งชี้ว่าแรงผลักดันการกลายพันธุ์หลักในวิวัฒนาการของTAS2Rคือเหตุการณ์การเพิ่มจำนวนซ้ำ เหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นในอย่างน้อยเจ็ดสายพันธุ์ของไพรเมต ได้แก่ ชิมแปนซีมนุษย์กอริลลาอุรังอุตังลิงแรซัสและบาบูน[ ^{3 ] ความ}หลากหลายสูงในประชากรไพรเมตและสัตว์ฟันแทะยังบ่งชี้เพิ่มเติมว่า แม้ว่าจะมีข้อจำกัดในการคัดเลือก ต่อยีนเหล่านี้อยู่จริง แต่ผลกระทบของมันค่อนข้างน้อย

สมาชิกของตระกูล T2R เข้ารหัสซับยูนิตอัลฟาของ ตัวรับที่เชื่อมโยงกับ โปรตีน Gซึ่งเกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณรสชาติภายในเซลล์ ไม่เพียงแต่ในต่อมรับรสเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในตับอ่อนและทางเดินอาหารด้วยกลไกการส่งสัญญาณแสดงให้เห็นได้จากการสัมผัสของเซลล์ต่อมไร้ท่อและทางเดินอาหารที่มีตัวรับกับสารประกอบรสขม โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟีนิลไทโอคาร์บาไมด์ (PTC) การสัมผัสกับ PTC ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ภายในเซลล์ ดังที่เห็นได้จากการเพิ่มขึ้นอย่างมากและรวดเร็วของไอออนแคลเซียม ภายในเซลล์ ^{[ 4 ]}

การปรับตัวเชิงคัดเลือกหลักที่เกิดขึ้นจากรสขมคือการตรวจจับสารประกอบที่เป็นพิษ เนื่องจากสารประกอบที่เป็นพิษส่วนใหญ่ในธรรมชาติมีรสขม อย่างไรก็ตาม ลักษณะนี้ไม่ได้เป็นประโยชน์เสมอไป เนื่องจากมีสารประกอบที่มีรสขมในธรรมชาติที่ไม่เป็นพิษ การปฏิเสธสารประกอบเหล่านี้โดยสิ้นเชิงจะเป็นลักษณะที่ไม่เป็นประโยชน์ เนื่องจากจะทำให้การหาอาหารยากขึ้น อย่างไรก็ตาม สารประกอบที่เป็นพิษและมีรสขมมีอยู่ในอาหารที่แตกต่างกันในความถี่ที่แตกต่างกัน^{[ 5 ]}ความไวต่อสารประกอบที่มีรสขมควรเป็นไปตามข้อกำหนดของอาหารที่แตกต่างกันอย่างมีเหตุผล เนื่องจากสายพันธุ์ที่สามารถปฏิเสธพืชได้เนื่องจากอาหารพืชของพวกมันต่ำ ( สัตว์กินเนื้อ ) มีความไวต่อสารประกอบที่มีรสขมสูงกว่าสายพันธุ์ที่กินพืชเพียงอย่างเดียว การสัมผัสกับสารบ่งชี้รสขม อย่าง ควินีนไฮโดรคลอไรด์สนับสนุนข้อเท็จจริงนี้ เนื่องจากความไวต่อสารประกอบที่มีรสขมสูงสุดในสัตว์กินเนื้อ รองลงมาคือสัตว์กินพืชและสัตว์กินเนื้อ จากนั้นคือสัตว์กินหญ้าและสัตว์กินใบไม้^{[ 6 ]}สิ่งนี้ระบุว่าพืชมีพิษเป็นแรงผลักดันเชิงคัดเลือกหลักสำหรับรสขม

ปรากฏการณ์นี้ได้รับการยืนยันด้วยการวิเคราะห์ทางพันธุกรรม การวัดการคัดเลือกเชิงบวกอย่างหนึ่งคือK / K ซึ่งเป็นอัตราส่วนของการกลายพันธุ์แบบเดียวกันต่อการกลายพันธุ์แบบไม่เหมือนกัน หากอัตราการกลายพันธุ์แบบเดียวกันสูงกว่าอัตราการกลายพันธุ์แบบไม่เหมือนกัน แสดงว่าลักษณะที่เกิดจากการกลายพันธุ์แบบไม่เหมือนกันนั้นถูกคัดเลือกเมื่อเทียบกับการกลายพันธุ์แบบเดียวกันที่เป็นกลาง สำหรับยีนตระกูลรสขมTAS2Rอัตราส่วนนี้มีค่ามากกว่าหนึ่งในตำแหน่งที่รับผิดชอบโดเมนการจับภายนอกเซลล์ของตัวรับ^{[ 7 ]}ซึ่งบ่งชี้ว่าส่วนของตัวรับที่รับผิดชอบในการจับลิแกนด์รสขมนั้นอยู่ภายใต้แรงกดดันการคัดเลือก เชิง บวก

ยีนเทียมที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้เกิดจากกระบวนการปิดการทำงานของยีนหลายครั้ง ซึ่งอัตราการเกิดกระบวนการนี้คงที่ในสัตว์จำพวกไพรเมต อย่างไรก็ตาม ยีนเทียมเหล่านี้หลายตัวยังคงมีบทบาทในการควบคุมการตอบสนองต่อรสชาติ โดยการศึกษากระบวนการปิดการทำงานของยีนในมนุษย์ ทำให้สามารถสร้างทฤษฎีเกี่ยวกับแรงกดดันทางเลือกที่มีต่อมนุษย์ตลอดประวัติศาสตร์วิวัฒนาการได้ เช่นเดียวกับการกระจายตัวของความแปรผันทางพันธุกรรมของมนุษย์โดยทั่วไป อัตราความหลากหลายสูงสุดของ ยีนเทียม TAS2Rมักพบในประชากรแอฟริกา แต่ไม่ใช่กรณีเดียวกันกับยีนเทียมสองตำแหน่ง ได้แก่TAS2R6PและTAS2R18Pซึ่งความหลากหลายสูงสุดพบในประชากรที่ไม่ใช่แอฟริกา นี่แสดงให้เห็นว่ายีนที่มีฟังก์ชันการทำงานเกิดขึ้นก่อนการอพยพของมนุษย์ออกจากแอฟริกาไปยังพื้นที่ที่ข้อจำกัดทางเลือกไม่ได้กำจัดยีนที่ไม่มีฟังก์ชันการทำงานออกไป ทำให้ความถี่ของยีนเทียมเพิ่มขึ้น สร้างความแปรผันทางพันธุกรรมในตำแหน่งเหล่านั้น^{[ 2 ]}นี่เป็นตัวอย่างของข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อมที่ผ่อนคลายซึ่งอนุญาตให้การกลายพันธุ์แบบปิดเสียงนำไปสู่การสร้างยีนเทียมของตำแหน่งสำคัญในอดีต

ตำแหน่งยีนTAS2R16ยังบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับการวิวัฒนาการของรสขม อัตราการคัดเลือกเชิงบวกที่แตกต่างกันในพื้นที่ต่างๆ ของโลกบ่งชี้ถึงแรงกดดันและการคัดเลือกในพื้นที่เหล่านั้น ที่ตำแหน่งยีนนี้ อัลลีล 172Asn พบได้บ่อยที่สุด โดยเฉพาะในพื้นที่ยูเรเซียและในชนเผ่าปิ๊กมีในแอฟริกา ซึ่งอัลลีลนี้แทบจะคงที่ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่ายีนนี้มีข้อจำกัดในการคัดเลือกที่ผ่อนคลายกว่าในพื้นที่ส่วนใหญ่ของแอฟริกาเมื่อเทียบกับยูเรเซีย ซึ่งเป็นผลมาจากการเพิ่มขึ้นของความรู้เกี่ยวกับพืชมีพิษในพื้นที่นั้นเมื่อประมาณ 10,000 ปีที่แล้ว ความถี่ที่เพิ่มขึ้นของ 172Asn ในยูเรเซียชี้ให้เห็นว่าการอพยพออกจากแอฟริกาไปยังพื้นที่ที่มีสภาพภูมิอากาศและพืชพรรณที่แตกต่างกันทำให้ความรู้เกี่ยวกับพืชมีพิษในแอฟริกาไร้ประโยชน์ บังคับให้ประชากรต้องพึ่งพาอัลลีล 172Asn อีกครั้ง ทำให้เกิดอัตราการคัดเลือกเชิงบวกที่สูงขึ้น อัตรา 172Asn ที่สูงในประชากรชาวปิกมีนั้นอธิบายได้ยากกว่า ขนาดประชากรที่มีประสิทธิภาพของประชากรที่แยกตัวเหล่านี้ค่อนข้างเล็ก ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่อธิบายโดยผลของผู้ก่อตั้งเป็นสาเหตุของอัตราที่สูงผิดปกติเหล่านี้^{[ 8 ]}สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันซึ่งมีมนุษย์อาศัยอยู่ได้สร้างระดับการคัดเลือกที่แตกต่างกันในประชากร บังคับให้เกิดความหลากหลายอย่างกว้างขวางใน ตำแหน่ง TAS2Rทั่วทั้งมนุษยชาติ

วิวัฒนาการแบบเป็นกลางในลักษณะรสขมในมนุษย์ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีโดยนักชีววิทยาวิวัฒนาการ ในประชากรมนุษย์ทั้งหมดมีอัตราการแทนที่แบบเดียวกันและแบบไม่เหมือนกันสูง ซึ่งทำให้เกิดการสร้างยีนเทียม เหตุการณ์เหล่านี้ทำให้เกิดอัลลีลที่ยังคงมีอยู่จนถึงทุกวันนี้เนื่องจากข้อจำกัดการคัดเลือกที่ผ่อนคลายจากสิ่งแวดล้อม ยีนภายใต้วิวัฒนาการแบบเป็นกลางในมนุษย์มีความคล้ายคลึงกับยีนหลายตัวในชิมแปนซีทั้งในอัตราการกลายพันธุ์แบบเดียวกันและแบบไม่เหมือนกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าข้อจำกัดการคัดเลือกที่ผ่อนคลายเริ่มขึ้นก่อนการแยกสายพันธุ์ของทั้งสองชนิด^{[ 9 ]}

สาเหตุหลักของการผ่อนคลายข้อจำกัดนี้มาจากการเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตของมนุษย์ยุคแรก เมื่อประมาณสองล้านปีก่อน อาหารของมนุษย์ยุคแรกเปลี่ยนจากอาหารมังสวิรัติเป็นหลักไปเป็นอาหารที่เน้นเนื้อสัตว์มากขึ้น ซึ่งนำไปสู่การลดปริมาณอาหารที่เป็นพิษที่บรรพบุรุษของมนุษย์ยุคแรกพบเจอเป็นประจำ นอกจากนี้ การใช้ไฟเริ่มต้นขึ้นเมื่อประมาณ 800,000 ปีก่อน ซึ่งช่วยล้างพิษในอาหารและลดความจำเป็นในการใช้TAS2Rในการตรวจจับอาหารที่เป็นพิษ นักชีววิทยาวิวัฒนาการได้ตั้งทฤษฎีว่า เนื่องจากไฟเป็นเครื่องมือที่มนุษย์ใช้แต่เพียงผู้เดียว จึงพบการผ่อนคลายข้อจำกัดในการคัดเลือกในลิงชิมแปนซีเช่นกัน เนื้อสัตว์คิดเป็นประมาณ 15% ของอาหารของลิงชิมแปนซี โดยอีก 85% ที่เหลือประกอบด้วยผลไม้สุก ซึ่งแทบไม่มีสารพิษเลย ซึ่งแตกต่างจากไพรเมตชนิดอื่น ๆ ที่อาหารประกอบด้วยใบไม้ ผลไม้ดิบ และเปลือกไม้ ซึ่งมีระดับสารพิษค่อนข้างสูง^{[ 9 ]}ความแตกต่างในอาหารระหว่างชิมแปนซีและไพรเมตอื่นๆ เป็นสาเหตุที่ทำให้ระดับของข้อจำกัดในการคัดเลือกแตกต่างกัน