Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Р. Найт
«Смотри, что у тебя внутри». Глава из книги


К. Циммер
«Микрокосм». Глава из книги


Н. Резник
Как черепахи нарыли себе панцирь


Интервью с Б. Янишем
Наследники Поппера


А. Гуков
Крупные животные Арктики: сколько их осталось?


А. Огнёв
Откуда жизнь? Еще теплее!


Р. Докинз
«Эгоистичный ген». Глава из книги


А. Бердников
Вдоль по лунной дорожке


В. Бабицкая, С. Горбунов
Как и зачем птицы общаются с охотниками за медом


Е. Чернова
Хаос и порядок: фрактальный мир







Главная / Новости науки версия для печати

Плохая пространственная память способствует изменам


Рис. 1. Даже у такого моногамного вида, как желтобрюхие полёвки (Microtus ochrogaster), четверть зачатий происходит не с постоянным партнером

Рис. 1. Даже у такого моногамного вида, как желтобрюхие полёвки (Microtus ochrogaster), четверть зачатий происходит не с постоянным партнером. Фото © Aubrey Kelly/Cornell University с сайта news.utexas.edu

Размер территории, по которой гуляет самец желтобрюхой полёвки, зависит от того, какой у него вариант гена вазопрессинового рецептора — «слабый» или «сильный». Всего несколько замен в последовательности этого гена резко меняют уровень его активности в областях мозга, связанных с пространственной памятью. Ученые полагают, что самцы полёвок, гуляющие по большей территории и встречающие чужих самок, просто плохо помнят, где именно им доставалось от других самцов. Поэтому они бесстрашно заходят в чужие владения и чаще изменяют своей партнерше.

Менее 5% видов млекопитающих моногамны — то есть образуют стабильные пары. К этой редкой группе относятся желтобрюхие полёвки (Microtus ochrogaster) — любимый объект ученых, исследующих социальность. Ученые выясняют, какое отличие желтобрюхих полёвок от их ближайших родственников заставляет их заводить отношения на всю жизнь.

Однако не все представители этого моногамного вида хранят супружескую верность: даже у желтобрюхих полёвок около четверти зачатий случается не с постоянным партнером. Но эти измены распределены неравномерно: некоторые животные не изменяют совсем, а другие — очень часто. Сравнивая верных и изменяющих своим партнершам особей, можно исследовать причины, по которым в популяции возникает разнообразие социального поведения. Даже если оно в общих чертах прописано на генетическом уровне (например, если в целом вид моногамный), существуют механизмы, за счет которых отдельные особи вида ведут себя по-разному.

Некоторые механизмы прочной привязанности желтобрюхих полёвок к своим парам уже открыты. Так, было показано, что этих животных резко отличает от их полигамных родственников распределение в мозге рецепторов вазопрессина (см. A. Ophir et al., 2007. Variation in neural V1aR predicts sexual fidelity and space use among male prairie voles in semi-natural settings). У желтобрюхих полёвок этих рецепторов было больше всего в вентральном паллидуме — области мозга, связанной с вознаграждением и формированием мотивации. У других полёвок такого всплеска содержания рецепторов вазопрессина в этой области мозга не наблюдалось. А еще оказалось, что, если искусственно усилить активность гена рецептора вазопрессина в вентральном паллидуме желтобрюхих полёвок или мышей, их привязанность к конкретному партнеру станет крепче: грызуны тогда предпочитают проводить больше времени со своей парой, а не с другими мышами противоположного пола.

Вазопрессин по структуре сходен с окситоцином: эти молекулы отличаются всего двумя аминокислотными остатками из девяти. Оба нейропептида влияют на социальные взаимодействия, в том числе на формирование привязанности. Укреплению социальных связей под действием окситоцина посвящены сотни научных работ, и за этим нейропептидом закрепилась репутация «гормона привязанности». Вазопрессин чуть менее известен в этой роли, однако немало работ указывают на то, что его функции во многом перекрываются с функциями родственного ему окситоцина (см. Z. Donaldson, L. Young, 2008. Oxytocin, vasopressin, and the neurogenetics of sociality). Так что неудивительно, что привязанность полёвок к своему партнеру зависела от количества рецепторов к вазопрессину и что именно через вазопрессин формировалась мотивация проводить больше времени с определенной особью и образовывать стабильную пару.

Итак, моногамный вид — желтобрюхие полёвки — отличается от полигамных родственных видов высоким содержанием рецепторов вазопрессина в области мозга, связанной с вознаграждением. А как различается мозг желтобрюхих полёвок, которые иногда изменяют своим партнершам, и тех, которые им всегда верны? Оказалось, что в мозге «ветреных» полёвок нарабатывается меньше рецепторов к вазопрессину. Но разница получалась за счет областей, связанных не с вознаграждением, а с пространственной памятью, в основном — за счет ретросплениальной коры.

Рис. 2. Самцы со «слабым» вариантом гена вазопрессинового рецептора гуляют по большей территории, чем верные, и чаще встречают чужих самок

Рис. 2. Самцы со «слабым» вариантом гена вазопрессинового рецептора гуляют по большей территории, чем верные, и чаще встречают чужих самок. Фото © Yva Momatiuk & John Eastcott/Minden Pictures/Newsco из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Science

Это уже было неожиданностью. Если моногамность вида связана с работой системы вознаграждения, то почему же частота измен моногамных полёвок связана с пространственной памятью? Поэтому американские ученые решили исследовать перемещения верных и ветреных самцов желтобрюхой полёвки с помощью телеметрии, надеясь найти какие-то отличия в том, как используют пространство эти две группы животных.

Оказалось, что самцы, изменяющие своим партнершам, гуляют по большей территории, чем верные, и чаще встречают чужих самок (рис. 2). Что характерно, самку неверного самца при этом тоже чаще посещали чужие самцы. У самцов, которые предпочитали больше гулять и меньше охранять свою партнершу, уровни рецепторов к вазопрессину в областях мозга, связанных с пространственной памятью, были понижены. При этом в регионах мозга, отвечающих за вознаграждение, у ветреных самцов было всё так же, как и у верных.

Раз в популяции моногамных полёвок существуют такие различные типы поведения, было бы интересно найти определяющие их генетические особенности. Исследователи сравнили локусы ДНК, кодирующие вазопрессиновые рецепторы, и нашли четыре вариативных позиции, позволяющие предсказать количество рецепторов вазопрессина в ретросплениальной коре (см. Retrosplenial cortex), связанной с пространственной памятью. Варианты нуклеотидов в этих четырех позициях встречались в двух комбинациях, одна из которых образовывала аллель низкого содержания рецепторов вазопрессина в ретросплениальной коре, а другая — высокого. Обе аллели не оказывали влияния на количество вазопрессиновых рецепторов в других частях мозга

Интересно, что у лабораторных животных наличие того или иного варианта гена сильнее влияло на содержание вазопрессиновых рецепторов в ретросплениальной коре, чем у диких (то есть у особей со «слабым» аллелем было рецепторов еще меньше, а с «сильным» — еще больше, чем у диких животных с такими же вариантами гена). Получается, что на этот важный признак оказывает влияние не только наследственность, но и условия жизни животного.

Чтобы понять, как именно замены в локусе вазопрессинового рецептора влияют на работу гена, ученые рассмотрели эпигенетические метки его гистонов. По меткам на этих белках, поддерживающих структуру ДНК, можно с высокой точностью предсказывать регуляторные участки, управляющие активностью генов. Например, для энхансеров — участков, усиливающих работу гена, — характерно присоединение метильных меток к четвертому остатку лизина гистона H3. Если на гистонах определенного участка ДНК таких меток много, то скорее всего он служит энхансером. По этому критерию ученые установили, что три вариативные позиции из четырех найденных располагаются в энхансерах. Четвертая вариативная позиция располагалась на участке с низкой плотностью гистонов, что характерно для частей ДНК, с которыми часто связываются регуляторные белки. Поэтому она тоже с большой вероятностью относилась к участкам, важным для управления активностью гена.

Из-за замен у одного из аллелей становилось меньше точек, к которым прикрепляются дезактивирующие метки. При этом оказалось, что у этого варианта гена меньше дезактивирующих меток не только в вариативных позициях, но и в тех участках, которые у двух аллелей не различаются. Это может происходить из-за того, что эпигенетические метки часто распространяются по ДНК волнами — одна метка привлекает модифицирующие белки, которые присоединяют такие же метки в ее окрестностях. Вероятно, определенный нуклеотид в вариативной позиции локуса вазопрессинового рецептора служит затравкой, от которой после присоединения метки на достаточно протяженные области может распространиться волна дезактивации. А поскольку вариативные позиции, с которых запускаются такие волны, находятся в регуляторных участках, эти участки наверняка отключатся, если в вариативной позиции стоит нуклеотид, позволяющий присоединить дезактивирующую метку. Так из-за замен в вариативных позициях получалось два варианта гена, в которых прописан режим их работы, и оба эти варианта были распространены в популяции (рис. 3).

Рис. 3. Самцы желтобрюхой полёвки, изменяющие своей партнерше (обозначены красным), перемещаются по большей территории, чем верные самцы (обозначены голубым)

Рис. 3. Самцы желтобрюхой полёвки, изменяющие своей партнерше (обозначены красным; EPF — extra-pair fertilizations), перемещаются по большим территориям, чем верные самцы (обозначены голубым; IPF — intra-pair fertilizations). Различия в перемещениях самцов авторы статьи объясняют плохой пространственной памятью ветреных самцов: у них значительно меньше рецепторов к вазопрессину в областях мозга, связанных с пространственной памятью, из-за чего эти области имеют меньше шансов активироваться. А различия в количестве рецепторов, в свою очередь, объясняются существованием в популяции двух вариантов генов этого рецептора — «слабого» (у ветреных самцов) и «сильного». Изображение из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Science

Ученые решили оценить, какой из двух типов поведения выгоднее. Оказалось, что это зависит от обстоятельств. В целом носители двух генетических вариантов оставляли одинаковое количество потомков, но, если в популяции чаще происходили измены, отбор начинал благоприятствовать соответствующему генетическому варианту. И наоборот, если измен становилось меньше, больше потомства оставляли верные отцы. А колебания частоты измен по популяции в целом зависят прежде всего от плотности самок. Если самок вокруг много, изменять выгоднее: больше вероятность успешно обзавестись потомством не только от своей самки, но и от чужой. Если самок вокруг мало, блуждания вряд ли приведут к успеху, поэтому выгоднее оставаться со своей самкой и заодно охранять ее от других самцов. Благодаря регулярным колебанием численности самок в популяции сохраняется достаточно много и верных, и изменяющих своим парам самцов.

Остается открытым вопрос, как именно малое количество рецепторов вазопрессина в областях мозга, связанных с пространственной памятью, приводит к тому, что самец полёвки гуляет по большей территории. Меньше рецепторов в определенной области мозга означает для нее меньший шанс активироваться. Поэтому у полёвок, у которых в областях, связанных с пространственной памятью, меньше рецепторов вазопрессина, пространственная память может работать хуже. Так возникла забавная гипотеза, что самец гуляет по большим территориям, которые пересекаются с территориями других пар, потому что плохо помнит, где именно ему доставалось от других самцов. Такое бесстрашие иногда приводит к тому, что он не встречает другого самца, а встречает самку и изменяет с ней своей постоянной партнерше.

Источник: Mariam Okhovat, Alejandro Berrio, Gerard Wallace, Alexander G. Ophir, Steven M. Phelps. Sexual fidelity trade-offs promote regulatory variation in the prairie vole brain // Science. 2015. V. 350. P. 1371–1374.

См. также:
1) Любовь и верность контролируются дофамином, «Элементы», 07.12.2005.
2) Окситоцин заставляет женатых мужчин хранить верность, «Элементы», 24.12.2012.
3) Чтобы получать удовольствие от общения, необходима согласованная работа окситоцина и серотонина в прилежащем ядре, «Элементы», 16.09.2013.

Юлия Кондратенко


Комментарии (12)



Последние новости: ГенетикаНейробиологияЭтологияЮлия Кондратенко

29.09
Сосны и ели приспособились к холоду за счет сходных генов
28.09
Новые геномные данные позволили уточнить историю заселения Евразии и Австралии
26.09
Муравьи-листорезы при уходе за потомством используют противогрибковый препарат
20.09
Третий — не лишний: в большинстве лишайников присутствуют два гриба и водоросль
15.09
Разработан метод пространственной визуализации транскрипции генов
6.09
Собачий мозг обрабатывает речевую информацию почти так же, как человеческий
2.08
Гибридизация однодомных и двудомных растений увеличивает разнообразие половых фенотипов
15.07
Самки синиц поют при появлении хищника
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
4.07
Песня большеклювой камышевки имеет строго упорядоченную структуру

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия