В животном мире высокий уровень тестостерона ассоциируется с доминированием самцов и агрессией. Однако у куликов-воробьев встречаются самцы, для которых избыток тестостерона вреден. Исследователи из Института биологического интеллекта им. Макса Планка в сотрудничестве с международной командой показали, как эти самцы избавляются от полового гормона: они вырабатывают в крови суперфермент, который быстро расщепляет тестостерон. Это исследование демонстрирует, что уровень тестостерона может регулироваться одним геном, и что это происходит в крови — ткани, которая ранее играла незначительную роль в регуляции половых гормонов.
Новое исследование турухтанов под руководством Клеменса Кюппера теперь показывает, как самцы «избавляются» от тестостерона. Однако возникает вопрос, какую выгоду от этого могут получить самцы этого вида птиц, которые яростно конкурируют за благосклонность самок.
Чтобы это понять, нам нужно внимательнее рассмотреть репродуктивные стратегии бекасов: среди самцов существует три различных морфы , отличающихся друг от друга внешним видом и поведением. У бойцов более темные перья на воротнике, и они агрессивно защищают свою небольшую территорию на токовище, чтобы произвести впечатление на самок. Несколько меньшие по размеру самцы со светлыми перьями на воротнике, напротив, ухаживают друг за другом в мирном союзе с выбранным бойцом. Редкие особи с более темными перьями особенно хитры : они обманчиво похожи на самок и могут незаметно проникать на токовища.
В стратегии сателлитов и фейдеров, которые не основаны на ярко выраженном агрессивном поведении, слишком много тестостерона, таким образом, является скорее деструктивным. В соответствии с этим предыдущие исследования показали, что уровень тестостерона в крови у этих мужчин значительно ниже, чем у бойцов. (Кровь считается важнейшей средой для распределения гормонов: хотя тестостерон в основном вырабатывается в яичках, он транспортируется через кровь к другим местам действия по всему организму.)
Но как возникают эти различия между тремя морфами? До сих пор было очень мало известно о генетических факторах регуляции тестостерона. Этот аспект хорошо поддается изучению на примере турухтанов, поскольку эти три морфы различаются только одним «супергеном» — участком ДНК, содержащим около 100 генов. Это произошло около четырех миллионов лет назад, когда часть хромосомы оторвалась и была реинтегрирована в обратном порядке.
В ходе анализа экспрессии генов исследователи обнаружили ген внутри супергена. Это схема фермента, расщепляющего тестостерон. Они обнаружили, что он особенно часто экспрессируется в нитях и сателлитах, но не в яичках, где вырабатывается тестостерон. Затем команда сначала определила уровень тестостерона в яичках: как ни странно, в отличие от крови, у спортсменов и сателлитов там его гораздо больше, чем у бойцов. Так как же возможно, что самцы-фаэдеры и самцы-сателлиты вырабатывают половой гормон в больших количествах, но в крови циркулирует так мало его?
Суперфермент в крови расщепляет тестостерон
Ответ исследователи нашли в крови турухтанов: фермент деградации присутствует в больших количествах у спутников и фадеров, но полностью отсутствует у истребителей. «Основываясь на результатах предыдущих исследований, мы предположили, что этот фермент не играет никакой роли в крови», — объясняет Алекс Земелла, один из двух первых авторов. «Таким образом, наши результаты раскрывают ранее неизвестное место действия фермента. Таким образом, количество тестостерона может напрямую регулироваться в крови — аспект, который до сих пор игнорировался».
И это еще не все: исследователи также смогли показать, что фермент со временем мутировал в настоящий «суперфермент» и может расщеплять тестостерон гораздо эффективнее, чем вариант фермента у бойцов.
Сложная стратегия основана на одном гене
Это демонстрирует сложные стратегии, которые самцы разрабатывают в ходе эволюции для повышения своего репродуктивного успеха. «Всем мужчинам необходим тестостерон в яичках для выработки спермы», — объясняет Жасмин Лавленд, ведущий автор исследования. «Но гормон также имеет и другие эффекты, например, в мозге, где он может способствовать агрессии и поведению ухаживания. Интересно, что у неагрессивных турухтанов также наблюдается повышенный уровень суперфермента, особенно в гипоталамусе. Это, а также низкий уровень тестостерона в крови, вероятно, играют важную роль в их альтернативных репродуктивных стратегиях».
Осознание того, что на уровень тестостерона могут влиять генетические изменения в одном гене, открывает множество новых возможностей для исследований. В будущем команда планирует более подробно изучить, как регулируется сложное социальное поведение турухтанов, а также более подробно изучить разнообразие внутри полов.
Это исследование проводилось в сотрудничестве с учеными из Свободного университета Берлина, Венского университета, Центра Гельмгольца в Мюнхене и Университета Саймона Фрейзера в Бернаби.
Читайте также
Химический состав почвы влияет на количество потомства диких животных | Пугналом
