Страх дрозофил перед хищниками оказался причиной вымирания малых популяций
Канадские биологи выяснили, что в некоторых случаях один только запах хищника способен нанести урон популяции и поставить ее под угрозу вымирания. Незримое присутствие хищника провоцирует страх, который влияет на поведение особей, и на развитие потомства у самок. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Роль хищников в исчезновении популяций органичена, ведь в природе устанавливается баланс между охотниками и добычей, и когда в популяции жертв становится мало особей, хищники переключаются на более доступную пищу, и у первой появляется шанс выжить и размножиться, поскольку ресурсов становится больше, а шанс быть схваченным снижается. Однако так происходит не всегда, и в биологии известен эффект Олли, когда плодовитость оказывается выше в многочисленных популяциях, не смотря на необходимость «потесниться». Причины эффекта Олли точно не известны, и чтобы лучше его понять, исследователи попытались воспроизвести его в лабораторных условиях.
Группа биологов наблюдала за реакцией дрозофил (Drosophila melanogaster) на запах опасного для них хищника, богомола. Ученые предположили, что стимул сильнее повлияет на популяции небольших размеров, чем на крупные, и оценили влияние страха по двум параметрам: численности потомства и его массе. Дрозофил (две большие популяции и две маленькие), разделили на три группы. В двух запах богомола вводили на разных фазах эксперимента: в период размножения, и перед ним. Результаты оценили, подсчитав число потомков на особь для каждой популяции, и среднюю массу потомства.
Результаты подтвердили наличие эффекта Олли. В группах с большим числом особей присутствие хищника практически ничего не изменило, а в маленьких популяциях разница с контрольной группой оказалось статистически значимой. Дрозофилы, которые почуяли хищника до периода спаривания, впоследствии откладывали меньше яиц, а опасность, возникшая в период спаривания отрицательно повлияла на массу тела потомков.
В присутствии хищника животные становятся более бдительными и избегают находиться в опасной среде, и платят за эту высокую цену даже тогда, когда на самом деле их жизни ничто не угрожает. В среде с высокой конкуренцией за ресурсы уровень стресса изначально высок, и наличие опасности в виде хищника не влияет на поведение мух, а плодовитость сохраняется на низком уровне. По мнению ученых, их выводы могут помочь сохранить многие экосистемы, который страдают от членистоногих хищников, таких как богомолы — среди их жертв встречаются даже птицы, например, колибри.
Дрозофилы часто выступают в качестве модельного животного в исследованиях пищевых предпочтений, полового поведения, и на сегодняшний день хорошо изучены их нейронные связи. Но для изучения страха используют и мышей: недавно мы писали, как страх влияет на восприятие пространства и на зрительное восприятие вообще, и как от страха можно избавиться с помощью пересадки нейронов.
Анна Зинина
Это облегчило симптомы поражения мышц и нервов
Выращивание дрозофил с дефектом первого комплекса дыхательной цепи в среде с комбинацией 5-аминолевулиновой кислоты, гидрохлорида и железа натрия цитрата (5-ALA-HCl + SFC) увеличивает выработку АТФ за счет повышения активности второго и четвертого дыхательных комплексов. Активность первого комплекса при этом не меняется. Кроме того, у дрозофил снижалось накопление лактата и пирувата, которое происходит при дефекте первого комплекса, что, по-видимому, облегчало симптомы поражения мышц и нервов. Исследование опубликовано в Human Molecular Genetics. В митохондриях происходит окислительное фосфорилирование — многоэтапный процесс, в ходе которого окисляются восстановительные эквиваленты — восстановленные никотинамидадениндинуклеотид (НАДН) и флавинадениндинуклеотид (ФАДН2), — и вырабатывается АТФ. Происходит последовательный перенос электронов по дыхательной цепи — группе дыхательных ферментов в мембране митохондрии. Всего в цепи участвует пять комплексов дыхательных ферментов. Нарушение переноса электронов по дыхательной цепи сопровождается снижением выработки АТФ и вызывает митохондриальные заболевания. Наиболее часто «ломается» первый комплекс — НАДН-КоQ-оксидоредуктаза, или НАДН-дегидрогеназа. Его дефицит поражает органы и ткани с высокими энергетическими потребностями, таких как мозг, сердце, печень и скелетные мышцы. Обычно это проявляется тяжелыми неврологическими синдромами: например, наследственная оптическая нейропатия Лебера, синдром MELAS или синдром MERRF. Хотя первый комплекс отвечает за поступление наибольшего количества электронов в дыхательную цепь, второй комплекс — ФАД-зависимые дегидрогеназы, — работая параллельно с первым, также отвечает за вход электронов в цепь, передавая их, как и первый комплекс на убихинон (коэнзим Q). Потенциально повышение активности второго комплекса могло бы нивелировать снижение активности первого. Поскольку второй, третий и четвертый дыхательные комплексы и цитохром с содержат гемовые структуры, команда ученых под руководством Канаэ Андо (Kanae Ando) из Токийского столичного университета решили проверить, насколько эффективно будет применение предшественника гема 5-аминолевулиновой кислоты для повышения активности этих комплексов и восстановления синтеза АТФ у дрозофил с дефектом первого комплекса. Сначала ученые отключили у дрозофил ген, гомологичный NDUFAF6 и ответственный за экспрессию одного из регуляторных белков первого комплекса. У таких дрозофил мышцы были тоньше, хрупче и иннервировались хуже, чем у насекомых без нокдауна гена. Кроме того, самцы с неработающим геном погибали намного быстрее самок, и у них развивались более грубые нарушения опорно-двигательного аппарата. Затем ученые проанализировали как нокдаун гена первого комплекса влияет на экспрессию и активность других комплексов. Выяснилось, что нокдаун увеличивает экспрессию генов третьего и пятого комплексов, и снижает — четвертого. При этом активность второго и четвертого комплекса значительно повышалась после нокдауна у самок дрозофил. Ученые не обнаружили нарушений в процессах утилизации активных форм кислорода, однако у дрозофил обоих полов без работающего гена первого комплекса накапливался лактат и пируват. Чтобы проверить влияние комплекса 5-аминолевулиновой кислоты, гидрохлорида и железа натрия цитрата (5-ALA-HCl + SFC) на митохондрии дрозофил с нокаутированным геном, их выращивали в среде, содержащей этот комплекс. Такое воздействие значительно повышало уровни АТФ у самцов и самок дрозофил, при этом количество копий митохондриальной ДНК не изменялось, то есть препарат не увеличивал количество митохондрий. Экспрессия и активность дефектного первого комплекса никак не изменились, а активность второго и четвертого комплексов выросли у самцов. В целом, повышенная экспрессия генов третьего комплекса и активность второго и четвертого комплексов смягчали дефектные фенотипы. Помимо этого 5-ALA-HCl + SFC снижало накопление лактата и пирувата у самцов и самок с нокдауном гена первого комплекса, что потенциально смягчает метаболические нарушения, вызванные дефицитом первого комплекса. У самцов и самок мух-дрозофил, которых лечили 5-ALA-HCl + SFC, наблюдалось меньше дефектов опорно-двигательного аппарата, а продолжительность их жизни значительно увеличилась. Ученые рассчитывают проверить эффект такого лечения на животных с более сложным строением, чтобы подтвердить универсальность такого подхода к лечению митохондриальных нарушений. Не всегда нужна мутация, чтобы нарушить работу дыхательной цепи. Недавно мы рассказывали про то, что большое количество натрия из потребляемой соли нарушает дыхательную цепь митохондрий в регуляторных Т-лимфоцитах. Это приводит к активации аутоиммунных процессов.