Автор фото, Felix Petermann, Max Delbrück Center
Запах, который временно делает самок бесплодными – звучит как сюжет антиутопического романа.
Но на самом деле именно так голые землекопы обеспечивают, чтобы только королева могла давать потомство, говорит новое исследование.
Ученым еще с 1980-х годов известно, что голые землекопы – млекопитающие, распространенные в Африке, – являются эусоциальными животными.
Это значит, что они живут в высокоорганизованных колониях, состоящих из рабочих особей и одной королевы на вершине иерархии.
Королева является единственной размножающейся самкой в колонии, тогда как другие члены колонии, как самцы, так и самки, ухаживают за потомством.
«Мы знали, что присутствие королевы важно для ее колонии, чтобы поддерживать в ней покой, а также для того, чтобы другие самки оставались репродуктивно подавленными», — говорит доктор Мохаммед Халлаф из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка в Германии.
Но как она это делает, до сих пор неизвестно, добавляет он.
Автор фото, Tennessee Witney via Getty Images
«Одна из теорий заключалась в том, что королева просто запугивает других животных, физически толкая их и таким образом подавляя их репродуктивное состояние», — говорит молекулярной медицины Макса Дельбрюка и изучает голых землекопов уже 15 лет.
Но потом появился Халлаф, чьи предыдущие исследования были посвящены обонянию, то есть ощущению запаха у насекомых.
«Когда Гэри впервые привел меня посмотреть на голых землекопов, я понял, что они очень много принюхиваются», — говорит он.
Халлаф начал задумываться, не скрывается ли в этом ключ к их эусоциальности.
«Целью исследования сначала было просто собрать химические профили голых землекопов и понять, играет ли обоняние важную роль или нет», — говорит он.
«Но потом настал переломный момент, когда мы обнаружили одно химическое вещество, концентрация которого была повышена у королевы. И отсюда началась вся история», — добавляет исследователь.
«Суперконтрацептив»
Химическое соединение, о котором идет речь, называется изопропилмиристатом.
Ее производит королева голых землекопов, и она почти отсутствует у неразмножающихся особей.
Халлаф провел исследование, чтобы выяснить, влияет ли запах этого вещества на поведение самок голых землекопов, и обнаружил, что самки высшего ранга, похоже, избегают этого запаха.
«Это была первая подсказка, что эта молекула важна для голых землекопов», — говорит Левин.
Затем ученые использовали метод сканирования под названием функциональная ультразвуковая визуализация, чтобы наблюдать, как запах этого вещества влияет на мозг голых землекопов.
Автор фото, Felix Petermann, Max Delbrück Center
Левин говорит, что они «сразу увидели огромную активацию» обонятельной коры, части мозга, ответственной за обработку запахов.
Иногда это сопровождалось активацией гипоталамуса, который контролирует разные процессы в организме, часто из-за гормонов.
Когда речь идет о репродуктивном состоянии голых землекопов, среди задействованных гормонов есть пролактин и прогестерон.
Пролактин снижает фертильность у млекопитающих, в то время как прогестерон ее поддерживает.
«Мы хотели узнать, действительно ли эти гормоны контролируются изопропилмиристатом», — говорит Левин.
Команда изъяла неразмножавшихся животных из колоний и разместила их парами самец-самка.
Некоторым дали подстилку с запахами колонии, некоторые специально подвергали воздействию изопропилмиристата, а контрольная группа не контактировала ни с подстилкой, ни с изопропилмиристатом.
По словам Левина, пары, полностью изолированные от запахов колонии, через несколько недель начали спариваться.
Пять из шести самок забеременели.
Но пары, которые продолжали испытывать влияние изопропилмиристата, не спаривались.
«Это был суперконтрацептив», – говорит Левин.
Автор фото, Neil Bromhall via Getty Images
Изопропилмиристат, похоже, играет роль не только в размножении.
В отдельном эксперименте Халлаф и Левин изъяли королеву из существующей колонии, но продолжали в течение 12 недель наносить изопропилмиристат на подстилку.
В это время колония оставалась спокойной, но после прекращения воздействия вещества животные стали агрессивными.
Некоторые самки демонстрировали половое поведение, а впоследствии одна женщина забеременела, что свидетельствует о том, что она стала новой королевой.
По словам Халлафа, изопропилмиристат «содержит всю колонию вместе».
«Он не разрешал животным а) быть жестокими друг к другу и б) становиться репродуктивно активными», — говорит Левин.
«Индикатор репродуктивного состояния»
Халлаф также обнаружил, что концентрация этой молекулы в влагалищных выделениях королевы достигает пика во время овуляции.
«Эта молекула, этот эфир, является индикатором репродуктивного состояния королевы», – говорит Левин.
И если королева прекращает размножаться, голые землекопы тоже реагируют на это.
Автор фото, Felix Petermann, Max Delbrück Center
«Поскольку никакие другие животные не являются репродуктивно активными, для колонии очень важно знать, что королева действительно размножается, — говорит он. — Нет смысла иметь королеву, если она на самом деле имеет королеву».
При таких обстоятельствах королева прекращает производить это вещество, и тогда другие самки начинают соперничать за то, чтобы стать новой королевой.
Роль изопропилмиристата в поддержании порядка в колонии может помочь объяснить поведение королевы.
«Она очень активно патрулирует колонию», – говорит Левин.
В дикой природе норы голых землекопов могут простираться до 3 км для одной колонии.
«Королева пытается покидать эту молекулу по всей этой огромной системе ходов», – говорит Левин.
Таким образом, она может гарантировать, что все животные в колонии контактируют с этим веществом и не бросают ему вызов.
Почему эусоциальность?
На первый взгляд, эусоциальность может казаться не слишком разумной системой организации колонии животных.
Но Левин говорит, что это одна из важнейших характеристик голых землекопов, поскольку она позволяет им сотрудничать. Голые землекопы живут в пустыне и питаются подземными частями растений, которые они, по словам Левина, «могут найти, только прокапывая тоннели».
«Когда они находят такой корень, делятся едой, приносят ее, хранят в камере и делятся с остальной колонией», — говорит он.
Поиск пищи группой означает, что они могут исследовать разные направления, но все получают выгоду, когда еду находят.
Если бы одно животное пыталось делать это самостоятельно, оно, вероятно, умерло бы от голода еще до того, как нашло бы что-нибудь съедобное.
Жизнь в группе имеет и другие преимущества, в частности, уменьшение потерь тепла благодаря совместному сну.
«Итак, благодаря социальному образу жизни они фактически могут выживать», — говорит Левин.
«И мы считаем, что наличие королевы является одним из способов обеспечить социальную сплоченность в колонии», — добавляет он.
Несмотря на этот научный прорыв, мы все еще многое не знаем об эусоциальности голых землекопов.
До сих пор непонятно, как королева может угнетать выработку гормонов у других самок так, чтобы это не влияло на ее собственную фертильность.
«Видимо, в ее мозге происходят изменения либо на уровне рецепторов, либо на уровне нейронных цепей, благодаря которым оно продолжает производить это вещество, но само не испытывает его влияния», — говорит Халлаф.
