Землекоп голый - Heterocephalus glaber   вид  

Американские исследователи создали эпигенетические часы, по которым можно оценивать возраст голого землекопа. Таким образом они выяснили, что, по крайней мере на клеточном уровне, голые землекопы стареют. Причем царица колонии, которая размножается, стареет медленнее, чем не размножающиеся рабочие особи. Работа опубликована в журнале Nature Aging.

Полина Лосева

Ссылка на статью

Голые землекопы (Heterocephalus glaber) давно стали излюбленным объектом изучения биологов. Специалисты пытаются понять, как эти африканские грызуны приобрели поразительное долголетие, а также способность противостоять раку и почти не чувствовать боль. А уникальная структура сообществ голых землекопов, которые напоминают колонии пчел или муравьев, позволяет исследовать эволюцию социальности.

Команда исследователей во главе с Гэри Левином (Gary R. Lewin) из Делфтского технического университета выяснила, как члены колонии голых землекопов общаются между собой. Зоологам известно, что эти грызуны издают не менее семнадцати различных звуков, напоминающих писк, чириканье и хрюканье. 

В течение двух лет Левин и его коллеги записывали голоса голых землекопов из семи колоний, живущих в неволе в Берлине и Претории. Их интересовал конкретный сигнал – мягкое чириканье, которое, как предполагается, служит этим грызунам в качестве приветствия. В общей сложности авторы внесли в базу 36190 чириканий от 166 особей. 

Проанализировав спектрограммы собранных записей с помощью алгоритма машинного обучения на основе комитета решающих деревьев, исследователи пришли к выводу, что по чириканью особи можно точно установить, из какой колонии она происходит. Для этого достаточно отследить восемь параметров сигнала. Сравнив сигналы землекопов из трех берлинских и одной южноафриканской колонии, авторы подтвердили, что для каждой из них характерен специфичный диалект.

Голые землекопы не терпят на своей территории чужаков из других колоний, поэтому Левин и его соавторы предположили, что чириканье служит речевым маркером (шибболетом), который позволяет вычислять чужаков. При этом более подробной информации этот сигнал, похоже, не передает: хотя его высота коррелирует с размером тела землекопа, по нему нельзя достоверно установить его пол, возраст или иерархическое положение. 

Чтобы проверить идею о роли чириканья в жизни землекопов, исследователи проиграли отдельным особям сигналы сородичей из разных колоний. Подопытные грызуны проявляли одинаковый интерес к голосам соплеменников и чужаков, однако намного чаще чирикали в ответ, услышав сигнал особи из своей колонии. 

На следующем этапе авторы сгенерировали фальшивые голоса, которые не принадлежали ни одному из членов изученных колоний, но обладали характерными для них особенностями. Как и в эксперименте с настоящими голосами, голоса фальшивых соплеменников вызвали у землекопов намного более бурную реакцию, чем голоса фальшивых чужаков. Таким образом, эти грызуны реагируют на диалект, а не просто узнают знакомых особей.

Эксперименты, однако, не дали ответа на вопрос, является ли специфичный для колонии сигнал врожденным или передается от особи к особи в течение жизни. В попытке выяснить это Левин с коллегами изъяли детеныша землекопа из родной колонии и подселили его в чужую. В другом эксперименте двух осиротевших детенышей отдали на воспитание в две разные колонии. Во всех трех случаях юные землекопы в течение нескольких месяцев успешно освоили диалекты колоний, в которые они попали. Например, детеныш из первого эксперимента не отставал в этом от приемных братьев и сестер.

На последнем этапе авторы решили разобраться, как присутствие королевы, единственной размножающейся самки в колонии, влияет на диалект ее подданных. Во время экспериментов одна колония последовательно потеряла двух королев, благодаря чему исследователям удалось сравнить чириканье землекопов под властью монарха и в период анархии. Оказалось, что без королевы сигналы ее бывших подданных становятся более разнообразными, а записи чириканья, сделанные в период анархии, хуже подходят для определения, к какой колонии относится данная особь. Таким образом, королева унифицирует сигналы всего сообщества.

Сергей Коленов

Ссылка на статью

Причудливые голые землекопы (Heterocephalus glaber) — одни из самых необычных млекопитающих в мире. Они почти не чувствуют боли, подолгу обходятся без кислорода, редко болеют раком, медленно стареют и отличаются рекордным по меркам грызунов долголетием. Не менее интересно и их социальное поведение: землекопы — одни из немногих млекопитающих, развивших эусоциальность. Колонии этих грызунов состоят из размножающейся пары и нескольких сотен рабочих особей, которые собирают пищу, строят тоннели и ухаживают за детенышами. Такая структура сообществ скорее характерна для муравьев или термитов, чем для млекопитающих.

Зоологи пока плохо понимают, почему голые землекопы развили коллективный образ жизни. В прошлом считалось, что, подобно общественным насекомым, члены колоний этих грызунов связаны друг с другом близким родством, однако более тщательные исследования опровергли эту идею. Другая гипотеза связывает социальность землекопов с жизнью в засушливой среде обитания, где кормовые ресурсы распределены неравномерно. Однако это не объясняет, почему их колонии столь велики. Для сравнения, представители родственного вида, дамарские пескорои (Fukomys damarensis) обитают в похожих условиях и тоже ведут общественный образ жизни, но число рабочих особей в их коллективах редко превышает 40 особей.

Свой взгляд на данный вопрос представила команда специалистов во главе со Стэном Брауде (Stan Braude) из Вашингтонского университета. Они обратили внимание, что в неволе голые землекопы хорошо отличают членов своих колоний от чужаков и по отношению к последним ведут себя чрезвычайно агрессивно. Авторы предположили, что подобное поведение может объясняться высокой конкуренцией между отдельными колониями. В подобных условиях небольшие колонии не имеют достаточно ресурсов для защиты и исчезают под натиском соседей.

Чтобы протестировать эту гипотезу, Брауде и его коллеги изучили данные о поведении голых землекопов, собранные в национальном парке Меру (Кения) в 1990-2005 годах. В ходе этого исследования зоологи отлавливали грызунов из нескольких колоний и помечали их индивидуальными метками, а также проводили генетический анализ отдельных особей.

За время исследования авторы четырежды заставали землекопов за вторжением на территории соседей. В трех случаях колонии-агрессоры были более многочисленными, чем их жертвы. Судя по всему, подобные конфликты происходят чаще, но из-за подземного образа жизни землекопов они скрыты от человеческого глаза. Тем не менее за несколько лет исследователи зафиксировали, как 26 колоний расширили свои владения за счет территорий, отнятых у соседних сообществ. В половине случаев колонии-жертве приходилось потесниться, а в половине она исчезала полностью. 

Более того, обнаружилось, что голые землекопы не только занимают чужие земли, но и воруют детенышей. В мае 1994 года исследователи отловили всех особей из колонии EE, чтобы пометить их и провести генетический анализ. При этом они заметили у королевы раны на морде. Спустя несколько дней во временно опустевшую систему тоннелей проникли захватчики из более многочисленного соседнего сообщества QQ. Их исследователи тоже поймали и несколько дней содержали в неволе. Завершив все работы, авторы вернули землекопов в их родные колонии.

Спустя год при осмотре колонии QQ исследователи обнаружили двух рабочих, которые, как показал генетический анализ, происходили из колонии EE. Во время работ, проводившихся в их родном сообществе в предыдущем году, обе эти особи были детенышами. Вскоре после этого колония ЕЕ, судя по всему, исчезла: на протяжении десяти последующих полевых сезонов ученым не удалось найти ее следов.

По мнению авторов, это указывает на склонность голых землекопов к воровству детенышей. Похожее поведение было однажды зафиксировано в неволе (наблюдение не опубликовано), однако в дикой природе его ранее не отмечали. Похищение детенышей и их превращение в рабочих напоминает поведение, которое характерно для некоторых видов муравьев, которые воруют яйца и личинок у сородичей и представителей других видов.

Конфликты между колониями (и склонность похищать потомство) могут быть основной причиной, из-за которой колонии голых землекопов столь велики. Более крупные сообщества с большей вероятностью сохраняют и преумножают свои владения, что подтолкнуло данный вид к наращиванию числа рабочих особей.

Сергей Коленов

Ссылка на статью

Несмотря на широкий репертуар звуков, которые издают голые землекопы Heterocephalus glaber и их детеныши, слышат они очень слабо. То же верно и для других близких видов. Чтобы выяснить, почему это происходит, исследователи из Университетского медицинского центра Гронингена под руководством Сони Пиотт (Sonja Pyott) провели несколько серий экспериментов на землекоповых грызунах — голом землекопе и дамарском пескорое Fukomys damarensis. Поскольку нарушения слуха могут возникать на разных уровнях сенсорной системы, ученые проверили состояние и пучков наружных волосковых клеток землекопов, и стереоцилий этих клеток, и проводящих путей слуховой системы.

Биологи измерили у грызунов силу ответа нейронов ствола мозга на звуки разной частоты, а также отоакустическую эмиссию — колебания, которые возникают, когда проявляется эффект кохлеарного усилителя. Чтобы исследовать строение наружных волосковых клеток, биологи использовали сканирующую электронную микроскопию.

Также авторы проанализировали строение гена белка престина, отвечающего за удлинение этих рецепторов. Причиной тугоухости землекоповых могли бы быть мутации в этом гене. Также известно, что мутации в некоторых белках, связывающих волосковые клетки человека в пучки, связаны с глухотой. Исследователи предположили, что такие мутации есть и у землекопов, и проверили аминокислотный состав соответствующих белков Heterocephalus glaber и Fukomys damarensis и сравнили его с таковым у других млекопитающих.

Оказалось, что у голого и дамарского землекопов порог слуховой чувствительности гораздо выше, чем у мышей. Пучки наружных волосковых клеток у землекопов отсутствовали в некоторых частях улитки, где они есть у других видов, а многие имеющиеся были организованы иначе, чем у мышей. Углы между такими пучками у голых землекопов составляли от −30,5 до 34,5 градуса, а дамарских — от −39 до 37 градусов. У домовых мышей, которые слышат хорошо, аналогичные углы находятся в диапазоне от −6,5 до 3,5 градуса. 

При этом наружные волосковые клетки землекопов, судя по всему, сохранили способность удлиняться: значимых мутаций в гене престина ученые не выявили. Зато они нашли 78 таких мутаций в 12 белках, связывающих волосковые клетки (к примеру, ADGRV1, CDH23, CEACAM16). Большинство из них были уникальны для какого-то одного из двух видов, но некоторые присутствовали у обоих землекопов. Это может свидетельствовать о направленной эволюции этих молекул.

Исследователи сравнили все нуклеотидные замены в генах указанных белков и выяснили, что для пяти из них доля несинонимичных замен выше, чем доля синонимичных. Это значит, что мутации, которые меняют структуру ADGRV1 и прочих рассмотренных в работе, чаще встречаются в геномах землекопов, чем те, которые оставляют белки нетронутыми. Сравнение долей замен используется для изучения эволюции белков: если несинонимичных мутаций значительно больше, можно утверждать, что они были подвергнуты позитивному отбору и позволяли их носителям успешнее выживать и размножаться. На основании этих данных ученые предполагают, что глухота могла быть полезна землекопам.

Анна Муравьева

Ссылка на статью

Голые землекопы — одни из немногих известных эусоциальных видов млекопитающих. Внутри их колонии действует жесткая иерархия, а размножение закреплено за несколькими особями из «элиты». Тем не менее, остальные животные в колонии, лишенные привилегий, как правило, не стремятся ее покинуть и основать свою. Более того, подавляющую часть времени землекопы проводят, собравшись в кучи. Судя по всему, это поведение необходимо для прогревания: комфортная температура для жизни землекопа — 31-34 градуса, а подземных ходах, где они живут, часто бывает гораздо холоднее: 19-28 градусов. Собираясь вместе, животные изменяют условия в одной из частей своего жилища так, чтобы они становились оптимальными для их обмена веществ.

Однако внутри такой кучи не только тепло, но и душно: падает концентрация кислорода и растет содержание углекислого газа (гиперкапния). Давно известно, что голые землекопы умеют обходиться без кислорода в течение некоторого времени, да и в целом их потребности в нем снижены. Известно также, что у них слабее, чем у других млекопитающих, работает болевая чувствительность, поэтому в ответ на духоту их легкие не начинают работать активнее. Таким образом, они не стремятся понизить содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе, а значит, должны иметь особенные приспособления к таким условиям.

Группа исследователей из Нью-йоркского университета под руководством Дэна Макклоски (Dan McCloskey) предположила, что голые землекопы могут отличаться от других грызунов особенностями работы своей нервной системы. Дело в том, что углекислый газ подавляет активность нейронов млекопитающих и снижает их возбудимость. А если землекопы живут при постоянном присутствии внешнего антиконвульсанта, то можно предположить, что их внутренние механизмы торможения начинают работать хуже.

Один из таких механизмов — транспортный белок KCC2 в мембране нейронов. Он использует энергию клетки для того, чтобы выбрасывать ионы хлора наружу из нейрона. Когда нейрон получает тормозный сигнал (например, под действием нейромедиатора ГАМК), хлор входит обратно внутрь клетки и понижает ее возбудимость. Соответственно, чем активнее работает KCC2, тем лучше клетка реагирует на ГАМК и тем эффективнее получается ее затормозить. Если в работе KCC2 возникают сбои, то это может приводить к гиперактивности нейронов, как бывает у некоторых людей с эпилепсией или шизофренией.

Чтобы выяснить, как меняется жизнь голых землекопов в зависимости от концентрации углекислого газа, исследователи оснастили каждое животное в колонии радиопередатчиком и следили за их перемещением. Оказалось, что землекопы в среднем проводят более 70 процентов времени в гнездовой комнате, лежа в единой куче. Гораздо реже они посещают другие комнаты, отведенные под запасы пищи и туалет. При этом расположение гнездовой комнаты за время наблюдения несколько раз менялось, но в ней неизменно была выше всего концентрация углекислого газа — до 2,33 процента (содержание в других комнатах — около 0,05 процентов, почти как в атмосферном воздухе).

Однако из этого наблюдения не следует, что животным комфортно в таких условиях. Чтобы это проверить, авторы работы наполняли углекислым газом другие, не гнездовые комнаты, и измеряли количество времени, которое в них проводили землекопы. Оказалось, что 2,5 процента углекислого газа (как в гнездовой комнате) повышают частоту посещений комнаты животными в два раза, а 11 процентов — в целых пять раз. Таким образом, получилось, что голые землекопы действительно сами стремятся в душные помещения.

Затем исследователи изучили поведение животных в разных условиях: одна камера имитировала гнездовую комнату (температура 32 градуса, повышенная концентрация углекислого газа), другая — поверхность над норами землекопов (обычный для земной поверхности состав воздуха, температура 42 градуса). Ученые заметили, что при высокой температуре животные начинали часто дышать и становились активными примерно на 10 минут. Однако у 9 из 10 животных после прекращения периода активности начались судороги и непроизвольные движения головы и рта. Судорожную активность также хорошо было видно на электроэнцефалограмме. Но как только при той же температуре воздух заменили на гиперкапнический, характерный для гнездовой комнаты, судороги прекратились.

Далее авторы работы сравнили последовательность генов KCC2 у разных млекопитающих. Они обнаружили, что у голых землекопов в этом гене встречается та же мутация — замена одной аминокислоты — что и у людей, склонных к судорогам. Что характерно, исследователи нашли еще один вид грызунов с мутацией в том же месте — это дамарский пескорой, второе достоверно эусоциальное млекопитающее, которое тоже живет подземными колониями.

Исследователи предлагают следующее объяснение своим результатам: голые землекопы выбрали для себя выигрышную стратегию защиты от хищников — жить под землей. Но поскольку кислорода, тепла и еды там меньше, чем на поверхности, то у них выработана экономия на всех возможных физиологических процессах. Чтобы создать комфортную для себя температуру, они сбиваются в кучи. В кучах возрастает концентрация углекислого газа, который действует как антиконвульсант. Поэтому давление отбора на внутренние механизмы торможения нейронов снижаются, и как результат возникает мутация в гене хлорного транспортера. Теперь землекопы не могут надолго отлучиться от сородичей под угрозой судорог: как только углекислый газ заканчивается, любое возбуждение становится для них чрезмерным.

Полина Лосева

Ссылка на статью

В колонии землекопов, которая насчитывает несколько десятков особей, только одна самка (королева) приносит потомство, несколько самцов ее оплодотворяют, а остальные члены сообщества остаются неполовозрелыми рабочими особями. Так же как у муравьев, в список обязанностей рабочих входит уход за потомством королевы.

Обычно подобные «материнские инстинкты» активируются у самки после родов из-за роста концентрации гормонов прогестерона и эстрадиола во время беременности, которые воздействуют на ядра гипоталамуса. Однако у неполовозрелых рабочих самок голых землекопов этого не происходит. Тем не менее, ученые из нескольких японских университетов показали, что у рабочих особей активность по отношению к детенышам в ответ на писк последних значительно возрастает именно в тот период, когда королева выкармливает новорожденное потомство. Исследователи предположили, что королева делегирует рабочим не только обязанности по уходу за потомством, но и свои гормоны.

Из-за ограниченности ресурсов в местах своего обитания голые землекопы практикуют копрофагию — поедание фекалий других особей. Авторы работы показали, что именно путем копрофагии половые гормоны попадают в организм неполовозрелых животных. Исследователи измерили концентрации эстрадиола в фекалиях королевы и рабочих, и подтвердили, что в период беременности королевы и послеродовой период концентрация гормона возрастает у всех.

Ссылка на статью

Клон статьи

Исследователи обнаружили у голого землекопа (Heterocephalus glaber) несколько типов клеточного старения, обусловленных программой эмбрионального развития, либо стрессовыми воздействиями. Таким образом, уникальная продолжительность жизни и «вечно молодой» фенотип этих животных не определяется отсутствием клеточного старения.

Ссылка на статью

Клон статьи

Международная группа медиков и биологов нашла у голого землекопа (Heterocephalus glaber) новую «сверхспособность». Эти млекопитающие способны без вреда для себя выживать значительное время без кислорода вообще: они выдержали 18 минут в атмосфере, содержащей чистый азот. Как выяснили ученые, в условиях кислородного голодания животные способны управлять метаболизмом. В качестве углеводов, обеспечивающих клетки необходимой им энергией, землекопы использовали не глюкозу, расщепление которой замедляется при недостатке или отсутствии кислорода, а фруктозу.

Ссылка на статью

Клон статьи