Королева голых землекопов управляет колонией с помощью химического сигнала

Голые землекопы (Heterocephalus glaber) — небольшие роющие грызуны, обитающие под землей в Восточной Африке. Они образуют колонии до 300 особей с жесткой иерархией, напоминающей пчелиные ульи. Во главе стоит королева — единственная самка, приносящая потомство, и один-три фертильных самца. Остальные члены колонии выполняют разные функции: одни роют тоннели, другие защищают от хищников, третьи ухаживают за потомством. Репродуктивная функция всех остальных самцов и самок подавлена.

С момента открытия эусоциальности у этих грызунов в 1981 году биологи спорили о механизме подавления. Ранее считалось, что королева использует физическое превосходство и агрессию: она крупнее и активнее покусывает подчиненных. Однако эта гипотеза не объясняла, почему после смерти королевы «репродуктивное сдерживание» быстро исчезает, и самки вступают в борьбу за власть.

Химический ключ к иерархии

Международная команда под руководством Гэри Левина из Центра молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка в Берлине решила изучить химические сигналы. Голые землекопы имеют слабое зрение и живут в темноте, поэтому основную информацию получают через обоняние. Ученые проанализировали 771 образец биологических выделений от 350 особей с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Они обнаружили соединение — изопропилмиристат (IPM), которое резко отличало королев от остальных. Его уровень резко возрастал во влагалищных выделениях доминирующей самки во время овуляции.

IPM известен химикам как компонент косметических средств и пластмасс, но ранее его не связывали с социальным поведением млекопитающих. Чтобы проверить его действие, ученые ежедневно наносили вещество на подстилку клеток с парами самцов и самок, имитируя запах королевы. В этих клетках ни одна самка не забеременела, тогда как в контрольной группе потомство появилось почти у всех.

Мир без борьбы за власть

В другом эксперименте исследователи ежедневно добавляли IPM в клетки с группами животных. Обычно после исчезновения королевы начинается ожесточенная борьба, но с IPM в течение 12 недель самки сохраняли привычную иерархию, не проявляли агрессии и не пытались занять место королевы. Когда распыление прекратили, возникло соперничество, в ходе которого одна самка погибла, а доминирующая особь стала новой королевой.

Анализ показал, что IPM влияет на гормональную систему: повышает уровень пролактина и подавляет выработку прогестерона. Именно эти изменения, по всей видимости, блокируют способность к размножению у подчиненных особей. В будущих экспериментах команда планирует выяснить, какие обонятельные рецепторы распознают IPM и как сигнал запускает изменения в мозге и гормональной системе. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Открытие объясняет, как королева голых землекопов удерживает власть без постоянной агрессии, и подчеркивает важность химической коммуникации в социальных структурах животных. Возможно, подобные механизмы действуют и у других эусоциальных млекопитающих.