Как одна молекула управляет социальной иерархией голых землекопов

Голые землекопы — это удивительные существа, которые ведут почти всю свою жизнь под землёй. Эти необычные грызуны обладают рядом уникальных характеристик: они не чувствительны к некоторым видам боли, могут долго обходиться без кислорода, редко страдают от рака и живут более 30 лет — что значительно превышает продолжительность жизни аналогичных по размеру грызунов. Однако их наиболее интересная черта заключается в их социальной структуре: в колонии, состоящей из более чем ста особей, лишь одна самка — королева — размножается.

Социальная структура и контроль размножения

Долгое время учёные не могли понять, как именно королева голых землекопов предотвращает размножение других самок. Основная гипотеза заключалась в том, что это достигается путём запугивания и насилия. Однако, учитывая огромные подземные королевства, которые могут простираться на три километра, это объяснение выглядело не совсем практичным. Исследование, проведённое учеными из Lewin Lab при Макс Дельбрюк Центре молекулярной медицины в Берлине, показало, что контроль над размножением осуществляется с помощью сложной системы обонятельной сигнализации.

Обоняние как ключевой фактор

Гарри Левин, нейробиолог и старший автор исследования, отмечает, что голые землекопы обладают довольно большими носами и активно используют обоняние. У них около 1200 генов обонятельных рецепторов, что больше, чем у мышей (около 1000) и значительно больше, чем у человека (несколько сотен). Поскольку эти животные слепы, обоняние становится для них важнейшим способом ориентирования в пространстве. Чтобы выяснить, как сильно голые землекопы полагаются на запах, команда собрала образцы запахов от отдельных особей. Учёные использовали абсорбирующие пластиковые трубки, чтобы собрать летучие молекулы, выделяемые животными, и проанализировали их с помощью масс-спектрометра. В результате было выделено около 100 различных химических соединений, и учёные обнаружили, что члены каждой колонии имеют отличительный химический «отпечаток». При встрече с представителями других колоний голые землекопы sniffed друг друга около 40 секунд, чтобы определить, знакомы ли они или нет. При обнаружении незнакомца они нападали, часто с летальным исходом.

Королевский запах

Одним из ключевых открытий стало то, что королевы выделяют особое соединение — изопропилмиристат, которое не обнаруживается у других самок. Это вещество выделяется из половых органов королевы и распределяется по туннелям, когда она перемещается по своей подземной территории. Уровень изопропилмиристата колебался в зависимости от фертильности королевы, достигая пика во время течки или беременности. Это соединение, хотя и летучее, довольно стабильно на поверхности, что позволяет королеве эффективно распространять свой запах по обширной сети тоннелей.

Влияние на социальную иерархию

Колонии голых землекопов организованы в иерархию, которая слабо коррелирует с размером тела. Учёные провели тесты на доминирование, чтобы определить ранги животных. При тестировании реакции на изопропилмиристат, оказалось, что реакция зависела от ранга: самки с более высоким статусом избегали запаха королевы, что может свидетельствовать о том, что они инстинктивно стараются держаться подальше от потенциально агрессивной королевы. Функциональная ультразвуковая визуализация показала, что при вдыхании изопропилмиристата активируется большая часть обонятельной коры, что подтверждает, что это соединение воспринимается как отдельный сигнал. Более того, воздействие на самок вызывало гормональные изменения: уровень пролактина, который подавляет фертильность, снижался при наличии королевы и повышался после её удаления, тогда как уровень прогестерона, связанный с размножением, действовал наоборот.

Эффект изопропилмиристата

Эксперименты показали, что даже в отсутствие королевы, присутствие изопропилмиристата предотвращало размножение самок. Исследователи удалили королеву из колонии и ежедневно добавляли изопропилмиристат в клетки, что позволяло избежать конфликтов за власть и предотвратить размножение. Это открытие указывает на то, что биология голых землекопов более тесно связана с эусоциальностью насекомых, чем предполагалось ранее.

Возможные аналогии с человеком

Интересно, что изопропилмиристат также обнаруживается в молоке лактирующих женщин, хотя его функция там остаётся неизвестной. Это открывает возможность для дальнейших исследований о том, как подобные молекулы могут влиять на репродукцию у других видов, включая человека. Исследование, проведённое командой Левина, подчеркивает важность химических сигналов в социальных структурах и может привести к новым открытиям в области биологии и экологии. Исследование опубликовано в журнале Nature.