Биологи раскрыли, как королева голых землекопов удерживает власть в колонии

❋ 3.7

В колониях голых землекопов царит железный порядок: потомство приносит только одна самка — королева. Остальные в размножении не участвуют и трудятся на благо сообщества. Более 40 лет ученые пытались понять, как именно королеве удается подавлять репродуктивную функцию сородичей. К ответу приблизилась международная команда биологов.

Биология

# голые землекопы

# грызуны

# животные

# потомство

# размножение

Беременная самка голого землекопа (слева) и рабочая особь (справа) обнюхивают друг друга / © Max Delbrück Center, Felix Petermann

Голые землекопы (Heterocephalus glaber) — небольшие роющие грызуны с уникальной для млекопитающих социальной структурой. Они живут под землей в Восточной Африке, образуя колонии, напоминающие пчелиные ульи или муравейники. В каждом таком сообществе может насчитываться до 300 особей, подчиненных жесткой иерархии.

Обитатели колонии выполняют разные функции. Одни роют тоннели, добывают клубни и корни растений, строят гнезда. Другие — более крупные особи — патрулируют тоннели и защищают от хищников. Третьи отвечают за потомство. Во главе колонии стоит королева — единственная самка, которая регулярно размножается, плюс один-три фертильных самца, спаривающихся с ней. Размножение остальных самцов и других самок подавлено.

С открытия эусоциальности у голых землекопов в 1981 году биологи пытались понять, как именно королеве удается сохранять монополию на потомство. Раньше это связывали с ее физическим превосходством. Она крупнее остальных самок и ведет себя заметно агрессивнее: может покусывать и подталкивать подчиненных, тем самым поддерживая доминирующее положение. С помощью агрессии главенствующая самка якобы подавляет работу репродуктивной системы десяток взрослых особей, отчего они не овулируют и не беременеют.

Однако со временем такую версию поставили под сомнение. Если королева погибает или теряет способность контролировать колонию, «репродуктивное сдерживание» быстро исчезает: самки начинают борьбу за власть, и спустя несколько недель одна из них становится новой королевой. Это поведение указывало на то, что в репродуктивном подавлении участвуют более сложные процессы, чем просто агрессия.

Международная команда биологов под руководством Гэри Левина (Gary Lewin) из Центра молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка в Берлине поставила серию экспериментов, чтобы выяснить, какой именно механизм лежит в основе этого явления.

Они решили изучить химические сигналы, которыми обмениваются голые землекопы. Эти грызуны обладают слабым зрением и почти всю жизнь проводят в полной темноте, поэтому основную информацию об окружающем мире и сородичах получают с помощью обоняния и химических сигналов.

Левин и его коллеги проанализировали 771 образец биологических выделений от 350 голых землекопов и с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии обнаружили соединение, которое резко отличает королев от остальных особей. Речь идет об изопропилмиристате (IPM). Это вещество нашли во влагалищных выделениях доминирующей самки, причем его уровень резко возрастал во время овуляции. Изопропилмиристат действует как сигнальная молекула.

IPM давно известен химикам. В частности, вещество используют в косметологии как смягчающий компонент кремов, лосьонов и солнцезащитных средств, а также в производстве некоторых пластмасс и других материалов. Однако до сих пор его не рассматривали как вещество, способное влиять на социальное поведение млекопитающих.

Чтобы проверить действенность IPM, ученые ежедневно наносили вещество на подстилку в клетках с парами самцов и самок, имитируя запах королевы. В этом эксперименте ни одна из самок не забеременела. В контрольной группе, в которой вещество отсутствовало, потомство появилось почти у всех животных.

Обычно после исчезновения единственной размножающейся самки в колонии начинается борьба за ее место: наиболее высокоранговые особи становятся агрессивными и борются друг с другом за право размножаться. Но когда исследователи ежедневно добавляли в клетки с животными IPM, борьбы не происходило. На протяжении 12 недель самки голых землекопов сохраняли привычную социальную иерархию, не проявляли враждебности и не пытались занять место королевы.

Когда же ученые прекратили распыление вещества, возникла агрессия и началось соперничество, во время которого одна самка погибла, а доминирующая особь стала новой королевой.

Анализ показал, что изопропилмиристат влияет на гормональную систему животных. Под действием вещества повышается уровень гормона пролактина и подавляется выработка прогестерона. Именно эти изменения, по всей видимости, подавляют способность к размножению. В будущих экспериментах команда Левина попытается выяснить, какие обонятельные рецепторы распознают этот химический сигнал и как он запускает изменения в работе мозга и гормональной системе.

Научная работа опубликована в журнале Nature.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Автор публикует материалы по астрономии, археологии и палеонтологии. В текстах освещает современные открытия, теории и ключевые находки, представляя актуальные данные в научно-популярном формате.