Motinos ir tėvų priežiūra palikuonims turi skirtingą genetinį pagrindą • Aleksandras Markovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Genetika, etologija, evoliucija

Motinos ir tėvų priežiūra palikuonims turi skirtingą genetinį pagrindą.

Pav. 1. Baltieji žiurkėnai (gentis Peromiska) monogamija ir tėvų priežiūra palikuonims atskirai kilo bent du kartus. Kairėje – evoliucinis baltojo kojų žiurkėnų medis; P – promiscuous rūšis, M – monogamous. Viršuje dešinėje – beprotiški elnių žiurkėnai Peromyscus maniculatus, apatinis dešinysis – monogaminiai pakrantės žiurkėnai P. polionotas. Vaizdas iš straipsnio diskusijojeGamta

Vyriškos pakrantės žiurkėnai Peromiska polionotas – ištikimi vyrai ir rūpestingi tėvai, apie kuriuos negalima pasakyti apie vyrų elnių žiurkes P. maniculatus. Nepaisant kontrastingų socialinio ir tėvų elgesio skirtumų, šios rūšys yra labai artimi ir gali laboratoriškai gaminti vaisingą hibridinį palikuonį. Hibridų tyrimas leido iš dalies išgryninti tėvų globos genetinį ir neurologinį pagrindą. Visų pirma pasirodė, kad didelis neuropeptidų vazopresino koduojančio geno ekspresija, taip pat padidėjęs parotentrikulinio kiaušialąsčio branduolio vazopresino neuronų aktyvumas slopina žiurkėnų lizdus, ​​nors ir nesumažina jų priklausomybės nuo jaunimo. Tyrimas taip pat parodė, kad panašius tėvų elgesio elementus vyrams ir moterims galima nustatyti skirtingais genų rinkiniais ir vystytis nepriklausomai vienas nuo kito.

Vienuoliai ir tėvystės priežiūra palikuonims yra gana retas žinduolių simptomas. Jie koreliuoja tarpusavyje (monogamiški vyrai dažniau rūpinasi tėvais) ir pakartotinai pasirodė skirtingose ​​evoliucinėse linijose.

Glaudžiai giminingos graužikų rūšys, turinčios kontrastingą poravimosi ir tėvų elgesį, yra patogūs objektai, skirti tirti šių elgesio charakteristikų evoliuciją. "Elementai" pakartotinai pasakojo apie studijas, atliktas ant voles (gen Microtus), tarp kurių yra monogaminių ir besaikių rūšių (žr. nuorodas naujienų pabaigoje).

Kitas panašus objektas yra baltos kojos žiurkėnai (gentis Peromyskas). Šios rūšies monogamijos ir palikuonių priežiūros evoliucija palikuonims įvyko mažiausiai du kartus, įskaitant – netoli pakrantės žiurkėnų P. polionotas (1 pav.). Ši rūšis gyvena sausose vietovėse, kuriose dėl sunkių gyvenimo sąlygų ir nedidelio gyventojų tankio pasirodė, kad vyrų "pelningumas" (kalbant apie jų genų pasiskirstymą) išliktų ištikimas vienai moteriai ir padėtų jai pakelti jaunimą, o ne vadovauti labiau tipiškam žinduolių gyvenimo būdui. , kurio tikslas – maksimaliai padidinti partnerių skaičių.

Artimiausi kaimyninių žiurkų giminaičiai yra plačiai paplitę elnių žiurkėnai P. maniculatus – yra tipiškos promiscuous rūšys. Ant žiurkėnų Peromiska anksčiau surengė įdomių evoliucijos studijas pabrėžiant ant "Elements" (žr. Iš apsaugine spalva raida pelėms mokėsi molekuliniame lygmenyje, "elementai", 02.09.2009; Abipusis tarp spermos remiantis nepotizmas "elementai", 29.01.2010).

Priešingai nei monogaminiai ir poligaminiai kopūstai, pakrančių ir elnių žiurkėnai neprarado savo sugebėjimo tarpsektorinei hibridizacijai. Laboratorijoje jie gali būti kirsti ir gauti vaisingą hibridinį palikuonį. Tokių hibridų tyrimas leido Amerikos biologams gauti svarbių naujų duomenų apie genetinį tėvų globos pagrindą.

Pirmiausia autoriai buvo įsitikinę, kad pakrantės žiurkėnai (P. polionotas) iš tikrųjų investuoja daugiau energijos į palikuonių globą nei elnių žiurkėnai (P. maniculatus) Dėl to buvo analizuojami žiurkėnų elgesio vaizdo įrašai ramioje aplinkoje (jų vietinėse ląstelėse) ir testai buvo atlikti esant stresinėms sąlygoms. Žiurkėnas, kuriame neseniai gimė palikuonys, buvo įkeltas į atskirą narvą ir jam buvo padėtas medvilnės vilna, kad jis galėtų pastatyti lizdą. Po 30 minučių ten buvo vienas kubas (už lizdo).Po to 20 minučių buvo stebimi įvairūs tėvų elgesio elementai: lyžis, vilkimas į lizdą (ištraukimas), uždengimas kūdikiui su savo kūnu ("huddling") ir kt. Eksperimentai patvirtino didesnį tėvų globos lygį. P. polionotas palyginti su P. maniculatus (2 pav.), O tėvų elgesys tarp dviejų rūšių skiriasi daugiau nei motina.

Pav. 2 Poligaminių elnių žiurkėnų tėvų globos intensyvumo bandymų rezultatai (Alyva piktogramos) ir monogaminiai pakrančių žiurkėnai (žalios piktogramos). c – lizdo kokybė, d – lyžis, e – Kubą uždengiant savo kūnu, f – vilkinti kumštelį į lizdą. Kiekvienas taškas atitinka vieną individą (trijų bandymų rezultatų vidurkis). Horizontali juodoji linija – mediana stačiakampis – interquartile intervalas, "Ūsai" – 10 ir 90 procentiliai. Kiekviename paveikslėlyje kairėje – Motinos, dešinėje – tėvai (tėvai). Virš grafo raidė s reiškia, kad pagal šį požymį yra didelis skirtumas tarp lyčių, sp-tarp rūšių. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Gamta

Buvo sukurtas toks eksperimentas, siekiant įvertinti, kiek nustatytų skirtumų nustato genai ir kiek jie yra išaugę. Šiai naujagimiui P. polionotas ir P. maniculatus gimė tą pačią dieną, pakeitė vietas, atsisakydama kitos rūšies tėvų. Suaugusieji žiurkėnai visada be prieštaravimų paėmė pamatininkus ir rūpinosi jais ne blogiau nei savo vaikus. Kai subrendę viščiukai įgijo pačių palikuonių, jie buvo išbandyti dėl priežiūros. Paaiškėjo, kad priežiūros lygis priklauso nuo žiurkėnų rūšių, bet ne nuo šeimos, kurioje jis augo. Tai reiškia, kad tie tėvų elgsenos aspektai, kuriuos autoriai galėjo matuoti ir analizuoti, daugiausia lemia genai, o ne auklėjimas.

Kokie yra šie genai ir kaip juos identifikuoti? Tuo tikslu tyrėjai perėjo moterys P. maniculatus su vyrais P. polionotas, o jų palikuonys – pirmosios kartos hibridai (F1) – kirsti vienas su kitu. Taigi buvo gauti 769 hibridiniai antrojo kartos kumščiai (F2) su skirtingais dviejų originalių rūšių genų deriniais.

Kai hibridai f2 mes turime savo paukščius, juos išbandėme rūpintis, o po to genotipuojame (žr. genotipą), naudodami naujus veiksmingus metodus. Dvigubo digesto apribojimo svetainės DNR sekos nustatymas (ddRAD-seq) ir suskaidytas šautuvo genotipas (MSG).

Genotipų palyginimas su tėvų elgesiu leido mums nustatyti 12 genomo vietų (žr. "Kiekybinis traukos lokusas"), turintis įtakos tam tikriems palikuonių priežiūros aspektams.

Pavyzdžiui, 4-osios chromosomos buvo sklypas, kuris įtakoja abiejų lyčių pesticidų elgesį. Jei hibridinis žiurkėnas gautų šią genomo dalį iš monogaminės rūšies P. polionotastuomet toks žiurkėnas aktyviau statys lizdą, palyginti su asmenimis, kurie šį skyrių gavo iš poligaminių rūšių. P. maniculatus. Heterozigotai (ty hibridai, turintys vieną kiekvieno iš dviejų genetinių variantų kopiją) rodo tarpinį aktyvumo lygį.

Kitas 9 proc. Chromosomų turintis svetainė su tomis pačiomis savybėmis. Šiais dviem atvejais nustatomi "kiekybiniai požymiai" taip pat daro įtaką vyrų ir moterų elgesiui. Tačiau tai pasakytina tik apie keturias iš dvylikos lokių. Likusios aštuonios losciose vyrai ir moterys atsiranda skirtingai, tai yra, jie paveikia tik vieną iš lyčių arba abiejų lyčių, tačiau priešinga kryptimi. Pvz., 5-oje chromosomos dalyje yra svetainė, kuri įtakoja lizdo jauniklių intensyvumą. Šios svetainės variantas, būdingas P. polionotas, sumažina lytinį aktyvumą moterims, tačiau padidina vyriškąją. Kitas pavyzdys yra 4-osios chromosomos regionas, kuris įtakoja norą pasisukti į jaunų lizdą, esantį už lizdo. Šios svetainės variantas, būdingas P. polionotas, padidina šią tendenciją vyrams, bet nedaro įtakos moterų elgesiui.

Taigi tyrimas parodė, kad motinų ir tėvų elgesio genetinis pagrindas labai skiriasi. Tie patys elgesio elementai vyrams ir moterims gali būti kontroliuojami skirtingais genų rinkiniais. Tai yra svarbi ir gana netikėta išvada. Viena vertus, tai atitinka faktą, kad motinos ir tėvo elgesys daug vystosi nepriklausomai vienas nuo kito. Pavyzdžiui, akivaizdu, kad tėvų priežiūra palikuonims P. polionotas – "jaunas" ženklas. Labiausiai tikėtina, kad atsirado po elnių ir pakrančių žiurkėnų protėvių atskyrimas, kuris įvyko keletą šimtų tūkstančių metų. Priešingai, motinos priežiūra turi savo šaknis labai toli praeityje. Kita vertus, jei evoliucijos metu kai kurie pradiniai "moteriški" bruožai staiga pradėjo pasireikšti vyrams, tuomet logiška manyti, kad tai atsitiko dėl to, kad vyrai įjungė tuos pačius genus, kurie yra atsakingi už šio bruožo vystymą moterims. Trečia, tokiam aktyvinimui būtina keisti genetinius jungiklius, kurie įtakoja, kaip lytiniai hormonai reguliuoja tam tikrų smegenų dalių vystymąsi.Galbūt kai kurie autorių rasti loci yra tokie jungikliai. Šiuo atveju logiška, kad šie lokiai skirtingai veikia vyriškus ir moteriškus.

Kai kurie iš 12 rasti lokusų įtakoja tik vieną iš tėvų elgesio aspektų, kiti įtakoja kelias iš karto. Šiuo požiūriu labiausiai skiriasi lizdų kūrimo elgsena: buvo tik dvi visiškos lokys, turinčios įtakos tik tai ir nieko kito. Autoriai taip pat pastebėjo, kad tokie tėvų globos elementai, kaip lyžis, vilkdami ir uždengiantys kuci su savo kūne, glaudžiai susiję tarpusavyje, o lizdų kūrimo elgsena šiek tiek skiriasi. Pavyzdžiui, jei šiam hibridiniam žiurkėnui būdinga padidėjusi tendencija laižyti jauniklius, ji, greičiausiai, aktyviai jas vilkins ir padengs jų kūnu, bet iš tikrųjų tai taip pat bus entuziastingas lizdo statybininkas. Ir atvirkščiai: aktyvūs statytojai ne visada gali pasigirti aukštu lygiu kitais tėvų elgesio aspektais.

Galiausiai, autoriai nusprendė išsamiau kovoti su viena iš 12 nustatytų lokių, būtent su 4-osios chromosomos, kuri paveikė abiejų lyčių lizdus,bet neturi įtakos kitiems tėvų globos atvejams. Šioje srityje yra net 498 genų. Tai, žinoma, nereiškia, kad jie visi daro įtaką lizdo konstrukcijai: greičiausiai tik vienas iš jų turi įtakos, o didelis nustatyto lokuso dydis paaiškinamas maža jo paieškų metodų skiriamoji geba.

Norint rasti geną, atsakingą už skirtingų lizdų aktyvumo skirtumus, autoriai išmatavo hibridus F1 Kiekvieno iš 498 genų, esančių hipotalamyje, raiškos lygis yra smegenų dalis, kuri atlieka pagrindinį vaidmenį tėvų elgesyje. Paaiškėjo, kad tik 9 genai labai skiriasi motinos ir tėvo alelių raiškos lygiais. Tai reiškia, kad šių genų variantai, būdingi dviem žiurkių tipams, skiriasi reguliavimo regionuose, kurie turi įtakos hipotalamino ekspresijos lygiui (būtent tai turėtų būti laukiama iš norimo geno, kuris veikia lizdą).

Taigi paieškos ratas susiaurėjo iki 9 genų. Vienas iš jų, genas Av, iš karto tapo "pagrindiniu įtariamu" dėl trijų priežasčių. Pirma, abiejų rūšių raiškos lygis hipotalamyje yra labai didelis.Antra, tarpspecifiniai šio konkretaus geno ekspresijos lygio skirtumai buvo didžiausi. Trečia, ji koduoja tik neuropeptidą vazopresiną, svarbiausią socialinio ir seksualinio elgesio reguliatorių.

Anksčiau vazopresino lygiai buvo neigiamai koreliuoti su lizdų elgesiu pelėse (A. Bult ir kt., 1992. Vasopresino imunoreaktyviųjų neuronų skaičiaus skirtumai). elgesys). Siekiant patikrinti neigiamą vazopresino poveikį lizdų pastatui, autoriai atliko papildomus eksperimentus su transgeninėmis pelėmis, kuriose galima dirbtinai reguliuoti hipotalaminio paraventrikulinio branduolio vazopresino neuronų aktyvumą (tokie gudrybės neįmanoma su žiurkėnomis, nes jie nėra sudėtingi tipai). sukurta). Viskas buvo patvirtinta: dirbtinis vazopresino neuronų sužadinimas slopina pelių pelėsių susidarymo lizdą, ir atvirkščiai, šių neuronų veikimo slopinimas prisideda prie aktyvios lizdų konstravimo.

Turi poligaminių žiurkėnų P. maniculatus vazopresino ekspresijos lygis hipotalamyje yra 2,8 karto didesnis nei monogamozės P. polionotaspastatyti geriau lizdus.Taigi logiška manyti, kad lizdų elgesys P. polionotas padidėjo evoliucijos metu, sumažinant vazopresino ekspozicijos lygį hipotalamyje (o tai, savo ruožtu, buvo susijęs su pokyčiais reguliuojamų genas Av) Norėdami tai išbandyti, mokslininkai švirkščia žiurkes P. polionotas vazopresinas smegenyse (ir kitiems asmenims kaip kontrolė, oksitocinas ar placebas) ir ištyrė, kaip tai paveiks lizdų konstrukciją ir kitus palikuonių priežiūros aspektus. Rezultatai buvo gana įtikinami. Vasopresinas smarkiai sumažino lizdų elgesio intensyvumą vyrams ir moterims P. polionotas. Nei placebas, nei oksitocinas šio poveikio nesukėlė. Tuo pačiu metu vazopresinas neturėjo įtakos kitiems tėvų elgsenos aspektams (pailgdamas, pailgdamas, vilkdamas ir uždengdamas kuci). Tai atitinka genetinės analizės rezultatus, kurie parodė, kad 4-osios chromosomos, turinčios geno, regionas Av, daro įtaką tik lizdų konstrukcijai, bet ne kitoms tėvų globos progoms.

Taigi, sustiprindamas lizdus el P. polionotas akivaizdžiai yra susijęs su genetikos reguliavimo regiono pasikeitimu Avdėl kurio sumažėjo vazopresino ekspresija hipotalamyje.Tai yra gana netikėtas rezultatas, nes yra visuotinai pripažinta, kad atskirų elgesio elementų evoliucija paprastai neturėtų atsirasti dėl daugiafunkcinių signalinių baltymų ar hormonų genų pokyčių, bet dėl ​​pokyčių receptorių genuose, kurie reaguoja į šias signalines medžiagas. Atrodytų, kad vazopresinas yra pernelyg daugiafunkcis reguliatorius, kuris keičia savo išraišką tam, kad būtų galima koreguoti mažą elgesio niuansą (tokios intervencijos pernelyg dažnai sukelia nepageidaujamą šalutinį poveikį). Tačiau tyrimai parodė, kad toks elgesio evoliucijos būdas nėra draudžiamas.

Šis dokumentas yra svarbus žingsnis siekiant suprasti bendrus elgesio evoliucijos principus. Ypač svarbus yra išvados, kad tie patys elgesio elementai vyrams ir moterims gali ne tik vystytis nepriklausomai vienas nuo kito, bet ir turėti skirtingą genetinį pagrindą. Ne mažiau įdomu yra įrodymų, kad įvairūs tarpusavyje sujungtų elgesio požymių komplekso komponentai, tokie kaip palikuonių priežiūra, gali turėti tiek bendrą ir individualų genetinį pagrindą, kuris kartais paskatins nuoseklų ir kartais savarankišką šių bruožų evoliuciją.

Šaltinis: Andres Bendesky, Young-Mi Kwon, Jean-Marc Lassance, Caitlin L. Lewarch, Shenqin Yao, Brant K.Peterson, Meng Xiao, Catherine Dulac ir Hopi E. Hoekstra. Monogaminės pelės Gamta. Paskelbta internete 2017 m. Balandžio 19 d.

Taip pat žiūrėkite:
1) Meilė ir lojalumas kontroliuoja dopaminas, "Elements", 2005/07/12.
2) Genai kontroliuoja elgesį ir elgesį – genai, "Elementai", 2008.11.12.
3) Bloga erdvinė atmintis prisideda prie pokyčių, "Elementai", 2015 12/16.
4) Monogamous voles sugeba atsipalaiduoti vieni kitiems, "Elements", 2015-01-30.

Aleksandras Markovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: