Судороги от свежего воздуха помешали голым землекопам уйти из дома

Голых землекопов удерживает вместе не только сила социальных связей, но и непереносимость свежего воздуха. К такому выводу пришли американские ученые, изучив поведение животных в разных условиях. Судя по всему, землекопы настолько много времени проводили в тесноте, что привыкли жить при больших концентрациях углекислого газа. А поскольку он работает как внешний антиконвульсант, их внутренние механизмы торможения нервных клеток работают хуже, чем у других грызунов. Вероятно, именно поэтому землекопы редко уходят из своей колонии, чтобы основать новую, — на свежем воздухе и в тепле у них начинаются судороги. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

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 они «пытаются экономить» 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.

Мы уже много раз писали о жизни голых землекопов — например, о том, что мешает стареть их клеткам и каким образом царица заставляет других самок ухаживать за своими детенышами. Тем не менее, оказалось, что некоторые особенности этих животных можно воспроизвести у мышей, просто поселив их в душную камеру.

Полина Лосева