Когда самка домовой мыши беременна или вынашивает детенышей, ее моча приобретает банановый запах. Биологи выяснили, что у мышей-самцов он вызывает стресс. Дело в том, что мышь-самка агрессивно защищает будущее или уже родившееся потомство от незнакомых сородичей мужского пола — и, чтобы предупредить их об этом, оставляет мочевые метки с характерным запахом. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Science Advances.
Домовые мыши (Mus musculus) часто используют для общения с сородичами мочевые метки. Содержащиеся в них химические сигналы не только помогают этим грызунам обмениваться важной информацией, но и порой влияют на их репродуктивное поведение и физиологические процессы. Так, если беременная самка мыши почувствует запах мочи неизвестного самца, она прервет развитие эмбрионов. Данное явление называют эффектом Брюс. Специалистам известны и другие примеры того, как запах самцов воздействует на мышей-самок, а запах самок — на других мышей женского пола. Речь об эффектах Уиттена, Вандерберга и Ли — Бута. Однако влияние запаха самок на самцов изучено заметно хуже. Лишь несколько лет назад было описано, что слезная жидкость мышей-самок снижает агрессивность самцов.
Команда биологов, которую возглавил Джеффри Могил (Jeffrey S. Mogil) из Университета Макгилла, описала похожий эффект. Во время работ по измерению болевой чувствительности домовых мышей исследователи обнаружили, что мыши-самцы ведут себя необычно, если рядом с ними находятся беременные или кормящие самки. В попытке выяснить, с чем это связано, авторы провели серию экспериментов. Сначала они оценили болевую чувствительность подопытных особей. Для этого грызунам нагревали задние конечности и фиксировали, через какое время они их отдернут. Затем исследователи помещали рядом с боксом, в котором содержалась испытуемая мышь мужского или женского пола, небольшую клетку с еще одной мышью. В качестве стимула использовались особи разного пола и с разным репродуктивным статусом. Спустя полчаса проводился повторный тест на болевую чувствительность.
Проанализировав полученные результаты, Могил и его коллеги пришли к выводу, что в нескольких случаях появление сородича изменило реакцию подопытных мышей на нагрев. Чувствительность к боли снизилась у самцов, к которым подсаживали самок на поздних стадиях беременности; кормящих самок с детенышами и кормящих самок без детенышей. Дополнительный статистический анализ подтвердил повышение болевого порога в первых двух случаях.
На следующем этапе исследователи выяснили, что для повышения болевого порога у мышей-самцов им достаточно дать подстилку из гнезда самки на поздней стадии беременности. Подстилка из гнезда молодой самки такого эффекта не произвела. При этом кастрированные самцы реагировали на боль одинаково до и после обработки запахом беременных и кормящих самок, а у их сородичей, которым провели имитацию кастрации, болевой порог в ответ на этот запах повысился. Даже самки с удаленными яичниками, прошедшие курс инъекций тестостерона, ощущали боль немного слабее после контакта с запахом самок, вынашивающих или выкармливающих потомство. Обезболивающий эффект оказался выше, если самец не был отцом детенышей, которых вынашивала или выкармливала самка, выступавшая в роли стимула (p=0,004). В среднем болевой порог повышался уже через пять минут после обработки запахом и возвращался к обычному уровню через час.
Могил с соавторами предположили, что повышение болевого порога является следствием стресса, который запах беременных и кормящих самок вызывает у подопытных самцов. На это указывает повышенный уровень кортизола у подопытных самцов, в то время как у подопытных самок кортизол оставался в норме. Чтобы подтвердить данную идею, исследователи оценили экспрессию гена раннего ответа c-fos, в задних рогах спинного мозга мышей. Оказалось, что у самцов, контактировавших с запахом молодых самок, после болевого стимула (обработки уксусной кислотой) экспрессия белка с-fos растет, что указывает на болевые ощущения. Однако если самцы контактировали с запахом беременных самок, экспрессия белка с-fos у них оставалась на прежнем уровне. Это свидетельствует об обезболивающем эффекте.
Поскольку из предыдущих исследований авторам уже было известно, что стресс, вызванный химическими сигналами сородичей, может вызывать повышение болевого порога у мышей, они решили выяснить, какие именно вещества ответственны за этот эффект в данном случае. Воспользовавшись методом газовой хроматомасс-спектрометрии, они выявили четыре летучих соединения, концентрация которых повышена в моче беременных и кормящих самок мышей: n-пентилацетат (эфир уксусной кислоты, также известен как амилацетат); 4-гептанон (кетон); а также 1-октен-3-ол и 4-пентен-1-ол (спирты). После этого эффект каждого из этих веществ проверили на мышах-самцах.
Могилу с коллегами удалось установить, что болевой порог самцов повышают два соединения: n-пентилацетат и 4-гептанон. Первое из них по химической структуре очень напоминает изоамилацетат — и оба они содержатся в различных фруктах. Их даже используют для ароматизаторов, имитирующих вкус и запах бананов. Дополнительные эксперименты продемонстрировали, что ароматические масла с банановым запахом также повышают болевой порог у самцов мышей. На самок ни n-пентилацетат, ни 4-гептанон, ни банановое масло никакого эффекта не оказали.
Исследователи сосредоточились на n-пентилацетате, поскольку он повышал болевой порог самцов сильнее 4-гептанона. Они наносили разные концентрации данного соединения на ноздри мышей-самцов, после чего оценивали уровень кортизола в крови подопытных грызунов и их реакцию на боль. Оказалось, что сильнее всего уровень кортизола повышается при концентрации n-пентилацетата в 0,5 части на миллион. Такая же концентрация обладает наиболее выраженным обезболивающим эффектом. Поведенческие эксперименты подтвердили, что n-пентилацетат вызывает у мышей-самцов стресс. В тестах самцы, которых обработали данным веществом, неохотно выходили на открытые площадки и проводили в их центре меньше времени по сравнению с контролем.
Авторы предположили, что банановый запах мочи ассоциируется у мышей-самцов с агрессивным поведением беременных и кормящих самок, которые яростно защищаются от чужаков, способных навредить будущему или уже родившемуся потомству. Чтобы проверить эту идею, ученые сажали по одному самцу в клетку к беременной или выкармливающей детенышей самке. После этого они определяли, через какое время мышь-самка начнет вести себя агрессивно. Оказалось, что самки редко атакуют своих партнеров или кастрированных самцов. Однако незнакомцы с нетронутыми гонадами почти всегда вызывали у них бурную агрессию. Когда к самкам подсаживали других самок, они их не трогали — за исключением женских особей с удаленными яичниками, получавших инъекции тестостерона. Дополнительный эксперимент показал, что если отделить беременную или кормящую мышь-самку от самца сеткой, не давая ей нападать на него, она будет активно оставлять мочевые метки. В присутствии незнакомых самцов или кастрированных самцов, обработанных дарцином (мужским сигнальным белком мышей) самки выделяли больше меток, чем в присутствии кастрированных самцов.
Результаты исследования складываются в следующую картину. Беременные и кормящие мыши-самки готовы яростно защищать потомство от сексуально активных незнакомцев мужского пола, способных убить детенышей ради спаривания. Чтобы предупредить об этом самцов, самки оставляют мочевые метки с повышенным содержанием n-пентилацетата, который придает их запаху характерный банановый оттенок. Поскольку у самцов этот запах ассоциируется с агрессией самок, они, почуяв его, испытывают стресс (следствием которого является повышенный болевой порог) и стараются уйти подальше. Таким образом, самка с помощью химического сигнала избегает конфликтов с потенциально опасными незнакомцами мужского пола. В то же время с собственным партнером или кастрированным самцом мышь-самка драться не будет, поэтому на них банановый запах оказывает слабый эффект.
Ранее мы рассказывали о том, как исследователи опровергли популярную гипотезу о связи между гормоном пролактином и постэякуляторным рефрактерным периодом — промежутком времени после семяизвержения, когда эрекция невозможна. В ходе экспериментов с двумя генетическими линиями мышей они показали, что искусственное увеличение концентрации пролактина в крови мышей не снижает их сексуальную активность. И наоборот, когда выброс гормона блокировали, продолжительность рефрактерного периода не снижалась.
Сергей Коленов