Суперконтрацептив. Як королеви голих землекопів роблять суперниць безплідними

Запах, який тимчасово робить самок безплідними - звучить як сюжет антиутопічного роману.

Але насправді саме так голі землекопи забезпечують, щоб лише королева могла давати потомство, каже нове дослідження.

Ученим ще з 1980-х років відомо, що голі землекопи - ссавці, поширені в Африці, - є еусоціальними тваринами.

Це означає, що вони живуть у високоорганізованих колоніях, які складаються з робочих особин і однієї королеви на вершині ієрархії.

Королева є єдиною самкою в колонії, яка розмножується, тоді як інші члени колонії, як самці, так і самки, доглядають за потомством.

"Ми знали, що присутність королеви важлива для її колонії, щоб підтримувати в ній спокій, а також для того, щоб інші самки залишалися репродуктивно пригніченими", - каже доктор Мохаммед Халлаф із Центру молекулярної медицини Макса Дельбрюка в Німеччині та провідний автор нового дослідження.

Але як саме вона це робить, досі було невідомо, додає він.

"Одна з теорій полягала в тому, що королева просто залякує інших тварин, фізично штовхаючи їх і таким чином пригнічуючи їхній репродуктивний стан", - каже співавтор дослідження професор Гері Левін, який також працює в Центрі молекулярної медицини Макса Дельбрюка і вивчає голих землекопів уже 15 років.

Але потім з'явився Халлаф, чиї попередні дослідження були присвячені нюху, тобто відчуттю запаху, у комах.

"Коли Гері вперше привів мене подивитися на голих землекопів, я зрозумів, що вони дуже багато принюхуються", - каже він.

Халлаф почав замислюватися, чи не ховається в цьому ключ до їхньої еусоціальності.

"Метою дослідження спочатку було просто зібрати хімічні профілі голих землекопів і зрозуміти, чи відіграє нюх важливу роль, чи ні", - каже він.

"Але потім настав переломний момент, коли ми виявили одну хімічну речовину, концентрація якої була підвищеною в королеви. І звідси почалася вся історія", - додає дослідник.

"Суперконтрацептив"

Хімічна сполука, про яку йдеться, називається ізопропілміристат.

Її виробляє королева голих землекопів, і вона майже відсутня у особин, які не розмножуються.

Халлаф провів дослідження, щоб з'ясувати, чи впливає запах цієї речовини на поведінку самок голих землекопів, і виявив, що самки вищого рангу, схоже, уникають цього запаху.

"Це була перша підказка, що ця молекула є важливою для голих землекопів", - каже Левін.

Потім учені використали метод сканування під назвою функціональна ультразвукова візуалізація, щоб спостерігати, як запах цієї речовини впливає на мозок голих землекопів.

Левін каже, що вони "одразу побачили величезну активацію" нюхової кори, частини мозку, відповідальної за обробку запахів.

Іноді це супроводжувалося активацією гіпоталамуса, який контролює різні процеси в організмі, часто через гормони.

Коли йдеться про репродуктивний стан голих землекопів, серед задіяних гормонів є пролактин і прогестерон.

Пролактин знижує фертильність у ссавців, тоді як прогестерон її підтримує.

"Ми хотіли дізнатися, чи справді ці гормони контролюються ізопропілміристатом", - каже Левін.

Команда вилучила тварин, які не розмножувалися, з колоній і розмістила їх парами самець-самка.

Деяким дали підстилку із запахами колонії, деяких спеціально піддавали впливу ізопропілміристату, а контрольна група не контактувала ані з підстилкою, ані з ізопропілміристатом.

За словами Левіна, пари, повністю ізольовані від запахів колонії, за кілька тижнів почали спаровуватися.

П'ять із шести самок завагітніли.

Але пари, які продовжували зазнавати впливу ізопропілміристату, не спаровувалися.

"Це був суперконтрацептив", - каже Левін.

Ізопропілміристат, схоже, відіграє роль не лише у розмноженні.

В окремому експерименті Халлаф і Левін вилучили королеву з наявної колонії, але продовжували протягом 12 тижнів наносити ізопропілміристат на підстилку.

У цей час колонія залишалася спокійною, але після припинення впливу речовини тварини стали агресивними.

Деякі самки демонстрували статеву поведінку, а згодом одна самка завагітніла, що свідчить про те, що вона стала новою королевою.

За словами Халлафа, ізопропілміристат "утримує всю колонію разом".

"Він не дозволяв тваринам а) бути жорстокими одна до одної і б) ставати репродуктивно активними", - каже Левін.

"Індикатор репродуктивного стану"

Халлаф також виявив, що концентрація цієї молекули у вагінальних виділеннях королеви досягає піку під час овуляції.

"Ця молекула, цей естер, є індикатором репродуктивного стану королеви", - каже Левін.

І якщо королева припиняє розмножуватися, голі землекопи також реагують на це.

"Оскільки жодні інші тварини не є репродуктивно активними, для колонії дуже важливо знати, що королева справді розмножується, - каже він. - Немає сенсу мати королеву, якщо вона насправді не народжує потомство".

За таких обставин королева припиняє виробляти цю речовину, і тоді інші самки починають змагатися за те, щоб стати новою королевою.

Роль ізопропілміристату в підтриманні порядку в колонії також може допомогти пояснити поведінку королеви.

"Вона дуже активно патрулює колонію", - каже Левін.

У дикій природі нори голих землекопів можуть простягатися до 3 км для однієї колонії.

"Королева намагається залишати цю молекулу по всій цій величезній системі ходів", - каже Левін.

Таким чином вона може гарантувати, що всі тварини в колонії контактують із цією речовиною і не кидають їй виклик.

Чому еусоціальність?

На перший погляд, еусоціальність може здаватися не надто розумною системою організації колонії тварин.

Але Левін каже, що це одна з найважливіших характеристик голих землекопів, оскільки вона дозволяє їм співпрацювати.

Голі землекопи живуть у пустелі та живляться підземними частинами рослин, які вони, за словами Левіна, "можуть знайти, лише прокопуючи тунелі".

"Коли вони знаходять такий корінь, то діляться їжею, приносять її, зберігають у камері і діляться з рештою колонії", - каже він.

Пошук їжі групою означає, що вони можуть досліджувати різні напрямки, але всі отримують вигоду, коли їжу знаходять.

Якби одна тварина намагалася робити це самостійно, вона, ймовірно, померла б від голоду ще до того, як знайшла б щось їстівне.

Життя в групі має й інші переваги, зокрема зменшення втрат тепла завдяки спільному сну.

"Тож завдяки соціальному способу життя вони фактично можуть виживати", - каже Левін.

"І ми вважаємо, що наявність королеви є одним зі способів забезпечити соціальну згуртованість у колонії", - додає він.

Попри цей науковий прорив, ми все ще багато чого не знаємо про еусоціальність голих землекопів.

Досі незрозуміло, як королева може пригнічувати вироблення гормонів в інших самок так, щоб це не впливало на її власну фертильність.

"Мабуть, у її мозку відбуваються зміни або на рівні рецепторів, або на рівні нейронних ланцюгів, завдяки яким вона продовжує виробляти цю речовину, але сама не зазнає її впливу", - каже Халлаф.