Фото: Felix Petermann, Max Delbrück Center
Аромат, який тимчасово робить самок безплідними – це звучить як сюжет науково-фантастичного роману.
Однак, нове дослідження показує, що саме так голі землекопи регулюють народження потомства, гарантуючи, що лише королева може давати життя, як стверджує нове дослідження.
Науковці ще з 1980-х років знають, що голі землекопи, ссавці, що мешкають в Африці, належать до еусоціальних видів.
Це означає, що вони проживають у високоорганізованих спільнотах, які складаються з робочих особин і однієї домінантної королеви.
Королева є єдиною репродуктивною самкою в колонії, тоді як решта членів спільноти, як самці, так і самки, турбуються про потомство.
«Нам було відомо, що присутність королеви має значення для її колонії, щоб підтримувати порядок, а також для того, щоб інші самки залишалися репродуктивно пригніченими», — розповідає доктор Мохаммед Халлаф із Центру молекулярної медицини Макса Дельбрюка в Німеччині, головний автор нового дослідження.
Однак, як саме це відбувається, залишалося загадкою, додає він.
Фото: Tennessee Witney via Getty Images
Підпис до фото: Королеви голих землекопів виділяють хімічну речовину, яка впливає на гормональний баланс інших самок, підтримуючи їхню безплідність
«Одна з теорій припускала, що королева просто залякує інших членів колонії, фізично штовхаючи їх, тим самим пригнічуючи їхній репродуктивний стан», — пояснює співавтор дослідження професор Гері Левін, який також працює в Центрі молекулярної медицини Макса Дельбрюка і вивчає голих землекопів вже 15 років.
Однак, з’явився Халлаф, чиї попередні дослідження стосувалися нюхових здібностей у комах.
«Коли Гері вперше привів мене подивитися на голих землекопів, я помітив, що вони постійно принюхуються», — говорить він.
Халлаф почав роздумувати, чи не криється в цьому ключ до їхньої еусоціальності.
«Першочерговою метою дослідження було зібрати хімічні профілі голих землекопів і з’ясувати, чи відіграє нюх значну роль, чи ні», — зазначає він.
«Але потім настав переломний момент, коли ми ідентифікували одну хімічну речовину, концентрація якої була вищою у королеви. І з цього почалася вся історія», — додає дослідник.
«Суперконтрацептив»
Зазначена хімічна сполука відома як ізопропілміристат.
Її виробляє королева голих землекопів, і вона майже повністю відсутня у особин, що не розмножуються.
Халлаф провів експерименти, щоб встановити, чи впливає запах цієї сполуки на поведінку самок голих землекопів, і з’ясував, що самки вищого рангу, схоже, уникають цього запаху.
«Це була перша ознака того, що ця молекула є важливою для голих землекопів», — говорить Левін.
Пізніше вчені застосували метод сканування, відомий як функціональна ультразвукова візуалізація, для спостереження за тим, як запах цієї речовини впливає на мозок голих землекопів.
Фото: Felix Petermann, Max Delbrück Center
Підпис до фото: Левін (праворуч) пояснює, що вчені прагнули з’ясувати, чи може виявлена речовина впливати на гормони інших самок голих землекопів
Левін зазначає, що вони «негайно спостерігали величезну активацію» нюхової кори — ділянки мозку, відповідальної за обробку запахів.
Іноді це супроводжувалося активацією гіпоталамуса, який контролює різні тілесні функції, часто за допомогою гормонів.
Що стосується репродуктивного стану голих землекопів, то серед задіяних гормонів — пролактин і прогестерон.
Пролактин знижує фертильність у ссавців, тоді як прогестерон її підтримує.
«Ми хотіли з’ясувати, чи справді ізопропілміристат контролює ці гормони», — каже Левін.
Команда вилучила тварин, які не розмножувалися, з колоній і помістила їх у пари самець-самка.
Деяким надали підстилку із запахами колонії, інших цілеспрямовано піддали впливу ізопропілміристату, а контрольна група не мала контакту ані з підстилкою, ані з ізопропілміристатом.
За словами Левіна, пари, повністю ізольовані від запахів колонії, почали спаровуватися протягом кількох тижнів.
П’ять із шести самок завагітніли.
Однак, пари, які продовжували піддаватися впливу ізопропілміристату, не спаровувалися.
«Це був справжній суперконтрацептив», — заявляє Левін.
Фото: Neil Bromhall via Getty Images
Підпис до фото: Більшість самок, ізольованих від колонії без впливу ізопропілміристату, успішно завагітніли
Ізопропілміристат, здається, відіграє роль не лише у регуляції розмноження.
В окремому експерименті Халлаф і Левін вилучили королеву з наявної колонії, але протягом 12 тижнів продовжували наносити ізопропілміристат на підстилку.
У цей період колонія залишалася спокійною, але після припинення впливу речовини тварини стали агресивними.
Деякі самки виявили статеву поведінку, і згодом одна самка завагітніла, що свідчить про її становлення новою королевою.
За словами Халлафа, ізопропілміристат «тримає всю колонію разом».
«Він не дозволяв тваринам а) бути агресивними одна до одної і б) ставати репродуктивно активними», — пояснює Левін.
«Індикатор репродуктивного стану»
Халлаф також встановив, що концентрація цієї молекули у вагінальних виділеннях королеви досягає максимуму під час овуляції.
«Ця молекула, цей естер, є індикатором репродуктивного стану королеви», — говорить Левін.
І якщо королева припиняє розмножуватися, голі землекопи також реагують на це.
Фото: Felix Petermann, Max Delbrück Center
Підпис до фото: Якщо королева припиняє розмножуватися, вона перестає виробляти ізопропілміристат, і тоді інші самки починають боротися за роль нової королеви
«Оскільки жодні інші особини не є репродуктивно активними, для колонії надзвичайно важливо знати, що королева справді розмножується — немає сенсу мати королеву, якщо вона насправді не народжує потомство», — говорить він.
У таких умовах королева припиняє виробляти цю сполуку, і тоді інші самки починають змагатися за те, щоб зайняти її місце.
Функція ізопропілміристату у підтримці порядку в колонії також може пояснити поведінку королеви.
«Вона дуже активно патрулює колонію», — зазначає Левін.
У дикій природі нори голих землекопів можуть простягатися на відстань до 3 км для однієї колонії.
«Королева намагається поширювати цю молекулу по всій цій величезній мережі тунелів», — каже Левін.
Таким чином, вона може забезпечити, щоб усі члени колонії контактували з цією речовиною і не ставили під сумнів її домінантність.
Чому еусоціальність?
На перший погляд, еусоціальність може здаватися не дуже ефективною системою організації тваринного суспільства.
Однак, Левін стверджує, що це одна з найважливіших характеристик голих землекопів, оскільки вона дозволяє їм співпрацювати.
Фото: Ger Bosma via Getty Images
Підпис до фото: Голі землекопи економлять енергію, сплячи разом
Голі землекопи населяють пустелі та харчуються підземними частинами рослин, які, за словами Левіна, вони «знаходять, лише прокопуючи тунелі».
«Коли вони знаходять такий корінь, вони діляться їжею, приносять її, зберігають у спеціальній камері та поділяють з рештою колонії», — розповідає він.
Пошук їжі у групі означає, що вони можуть досліджувати різні напрямки, але всі отримують вигоду, коли їжа знайдена.
Якби одна тварина намагалася робити це самостійно, вона, ймовірно, померла б від голоду ще до того, як знайшла б щось їстівне.
Життя в колективі має й інші переваги, зокрема зниження втрат тепла завдяки спільному сну.
«Отже, завдяки своєму соціальному способу життя вони фактично можуть виживати», — зауважує Левін.
«І ми вважаємо, що наявність королеви є одним із механізмів забезпечення соціальної згуртованості в колонії», — додає він.
Попри цей науковий прорив, ми все ще багато чого не знаємо про еусоціальність голих землекопів.
Досі залишається незрозумілим, як королева може пригнічувати вироблення гормонів в інших самок, не впливаючи на власну фертильність.
«Ймовірно, в її мозку відбуваються певні зміни на рівні рецепторів або нейронних ланцюгів, завдяки яким вона продовжує виробляти цю речовину, але сама не зазнає її впливу», — припускає Халлаф.