Статья «Новое исследование: голые землекопы сами создают запах, указывающий на успешность их колонии» впервые появилась на сайте AZ Animals.
В пчелиной колонии пчелиная матка является репродуктивным центром колонии. Удивительно, но у голых землекопов существует аналогичная иерархия в отношении размножения внутри колоний, и, как и у пчелиной матки, запах определяет вершину их репродуктивной цепи.
Согласно новому исследованию, проведенному в Центре Макса Дельбрюка в Берлине, голый землекоп, млекопитающее, обитающее в саваннах и степях Восточной Африки, использует запах для предотвращения размножения в своей колонии. Как только самка забеременеет, она издает запах, который прекращает спаривание и временно делает других самок в колонии бесплодными. Этот запах также сигнализирует другим о том, что она является королевой.
С помощью масс-спектрометрии исследователи обнаружили, что матки вырабатывают мощное соединение под названием изопропилмиристат, широко используемое в косметике в качестве смягчающего, эмульгирующего и усиливающего проникновение в кожу средства. Запах не только препятствует размножению других животных в колонии, но и изменяет их гормональный фон, делая их бесплодными. Такая иерархия помогает предотвратить соперничество внутри группы, обеспечивая более прочную основу, более высокую выживаемость и большую гармонию в колонии.
Даже в отсутствие королевы запах — хотя и без запаха для человека — остается эффективным для голых землекопов. У голых землекопов имеется приблизительно 1200 генов обонятельных рецепторов, которые позволяют им обнаруживать широкий спектр запахов, включая соединение, выделяемое королевой, как утверждает доктор Гэри Левин, руководитель группы молекулярной физиологии соматосенсорного восприятия в Центре Макса Дельбрюка. Однако исследователи не уверены, какой именно рецептор связывает запах, выделяемый королевой.
«Когда вы активируете эти нейроны, они соединяются с обонятельной корой, где происходит обработка запахов, но также должны быть связи с гипоталамусом, а гипоталамус — это область мозга, которая контролирует гормональный фон», — говорит Левин, который изучает биологию голых землекопов почти 20 лет.
Исследование показало, что воздействие запаха королевы связано с повышением уровня пролактина и снижением уровня прогестерона у подчиненных голых землекопов, что может помочь объяснить их бесплодие, хотя пока неясно, является ли изопропилмиристат единственным фактором, ответственным за эти гормональные изменения.
Как правило, самец и самка голого землекопа начинают спариваться в течение нескольких дней, если их отделить от колонии. Однако, если применить изопропилмиристат или добавить подстилку с запахом матки, спаривания не произойдет.
«Существует некая цепь, идущая от носа через мозг к коре головного мозга и к гипоталамусу, и эта цепь, должно быть, довольно уникальна для голых землекопов», — говорит Левин. «Я не думаю, что этот запах может сделать человека бесплодным. Я сам его не чувствую, но это не значит, что он не может выполнять какую-то функцию у человека».
У голых землекопов 1200 обонятельных сенсорных нейронов, которые улавливают запахи, что делает их очень восприимчивыми к веществу, выделяемому маткой.
©Nil Bromhall/Shutterstock.com
Левин и группа международных исследователей изучили 450 голых землекопов, живущих в туннельных системах, воссозданных по образцу их естественной среды обитания, в Центре Макса Дельбрюка и обнаружили, что они редко заболевают раком, испытывают мало боли и живут дольше, достигая 30 лет в неволе. Запах для голых землекопов является особенно важным индикатором при различении членов чужой колонии.
Голые землекопы также живут в высокоорганизованных колониях, подобных колониям пчел, муравьев и многих других насекомых. В этих колониях на вершине иерархии находится самка-производительница, единственная, кто может размножаться, в то время как каста бесплодных особей собирает пищу, выращивает потомство и работает над защитой и поддержанием выживания колонии.
Вполне возможно, что человек тоже его производит, и что эта молекула выполняет какую-то физиологическую функцию.
В пчелиной колонии матка вырабатывает феромоны, которые оказывают такое же действие, как изопропилмиристат у голых землекопов, и препятствуют репродуктивной активности других пчел. «Интересно обнаружить эту эусоциальную связь между млекопитающим и видом насекомых», — говорит Левин. «Классический пример — пчелиная матка, которая является единственной размножающейся самкой, и это и есть определение эусоциальности».
Во время беременности матка вырабатывает больше изопропилмиристата, и когда выработка этого соединения снижается, уровень пролактина падает, а уровень прогестерона повышается, что приводит к смене пола в колонии. По словам исследователей, когда матку удаляют или она умирает, в колонии возникают внутренние конфликты и новые модели поведения, связанные с выбором партнера для спаривания, поскольку животные определяют, какая особь станет следующей маткой.
«Если матка не размножается, она бесполезна, поэтому ее нужно заменить», — говорит Левин. «Таким образом, этот запах может быть механизмом, с помощью которого животные определяют, что матка не размножается». Первая самка, успешно размножившаяся, становится маткой, и порядок в колонии восстанавливается.
Исследователи также изучили кровоток в определенных областях мозга и обнаружили, что обонятельные рецепторы животных обнаруживают это соединение и реагируют на его сигналы. Даже высокопоставленные голые землекопы в колонии будут избегать этого запаха, поскольку он служит напоминанием о доминировании королевы.
До сих пор неизвестно, делает ли запах королеву более привлекательной для самцов или как она выбирает себе партнера.
©Eric Isselee/Shutterstock.com
«Некоторые животные избегают этого запаха, если занимают высокое положение, потому что считают, что он ассоциируется с королевой», — говорит Левин. «Они могут избегать королевы, потому что она может быть довольно агрессивной. Она может толкать их, так что это одна из функций этой молекулы».
Исследователи до сих пор не знают, делает ли этот запах королеву более привлекательной для самцов или как она выбирает себе пару. На самцов, выбранных королевой, подавляющее действие этого соединения не влияет.
«Королева не подавляет себя, и она не подавляет своего партнера», — говорит Левин, добавляя, что в этом соединении также есть нечто, связанное с эпигенетическими изменениями, или сдвигами в мозге и морфологии, поскольку во время беременности королева физически удлиняется, чтобы произвести больше потомства. Королевы также становятся нечувствительными к собственному гормону, поэтому вырабатываемое ими соединение не подавляет их собственное размножение.
По словам Левина, дамаралендский землекоп, обитающий в Южной Африке, и другие виды землекопов также выделяют похожий запах. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, подавляет ли эта молекула размножение у подчиненных особей таким же образом.
Больше всего исследователей удивило то, что для поддержания порядка в колонии голых землекопов достаточно одного запаха, а не типичного «коктейля феромонов», характерного для насекомых.
По словам Левина, в дальнейшем они хотят идентифицировать обонятельный рецептор, что поможет им лучше отслеживать нейроны и понимать, как они связаны между собой.
«Если мы знаем, что это за рецептор, мы можем поискать тот же самый рецептор и посмотреть, использовался ли этот механизм у других видов, включая человека», — говорит Левин, добавляя, что изопропилмиристат был обнаружен в предыдущем исследовании на грудных железах кормящих женщин. Было высказано предположение, что это соединение служило сигналом для сосущих младенцев, помогая им найти сосок матери для получения молока.
«Возможно, что человек тоже его производит, и что эта молекула выполняет какую-то физиологическую функцию, — говорит Левин, — или же это может быть нечто очень специфичное для африканского голого землекопа».
Статья «Новое исследование: голые землекопы сами создают запах, указывающий на успешность их колонии» впервые появилась на сайте AZ Animals.