«Если ваши сыновья особенно сексуальны и спариваются чаще, чем в противном случае, это помогает более эффективно передать ваши гены следующему поколению», – говорит профессор биологии Уэйн Поттс, старший автор нового исследования.
«Только недавно мы начали понимать, что условия окружающей среды, в которых живут родители, могут влиять на характеристики их потомства.
Это исследование является одним из первых, показывающих, что этот вид «эпигенетического» процесса работает таким образом, что увеличивает брачный успех сыновей."
Мыши-самцы, чьи родители свободно соревновались за самок в полуестественных «мышиных амбарах», производили на 31% больше основных белков мочи или MUP – сексуальных аттрактантов, называемых феромонами, – чем самцы мышей от моногамных родителей в клетках, сообщают онлайн-биологи. 18 в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Производство феромонов увеличилось, хотя потомство мужского пола никогда не участвовало в социальной конкуренции.
Тем не менее, согласно другому недавнему исследованию Поттса и Нельсона, самцы мышей, которые производили больше феромонов, имели более короткую продолжительность жизни.
Только 48 процентов из них дожили до конца эксперимента по сравнению с 80 процентами мышей-самцов, чьи родители жили моногамно в клетках. Вероятно, это связано с тем, что для производства сексуальных аттрактантов, которые выделяются с мочой и определенными железами, требуется так много энергии.
"Производство феромонов возмутительно дорого", – говорит Поттс. "Вложение одной мыши в производство феромонов сопоставимо с инвестициями, которые 10 самцов павлинов вкладывают в производство своих хвостов, которые также используются для привлечения самок."
Самки мышей предпочитают запаховые метки, насыщенные феромонами, вырабатываемыми в моче мыши и других железах, и они чаще спариваются с самцами, которые производят такие метки. Предыдущие исследования показали, что самцы мышей от беспорядочных родителей фактически производят на треть больше потомства, чем сыновья моногамных родителей.
Новое исследование показывает, что здоровье, продолжительность жизни и способность мыши привлекать партнеров зависят не только от генов их родителей, но и от эпигенетики – того, как окружающая среда родителей изменяет гены их потомства, чтобы влиять на то, сколько вырабатывается белка.
«Феромоны – это язык мышей», – говорит первый автор исследования, бывший докторант Университета Юты Адам С. Нельсон. "Когда самки спариваются в условиях социальной конкуренции, они программируют своих сыновей на то, чтобы начать производство большего количества феромонов."
Полученные данные могут помочь программам по разведению исчезающих видов в неволе. Более естественный способ содержания таких животных – в социальных группах, а не в одиночных парах самцов – может повысить их способность к размножению, когда они позже будут выпущены в дикую природу.
Что это значит для людей? Влияние социальной среды на выработку феромонов человека и другие характеристики не изучалось. «Исследователи только начали открывать черты, на которые влияет родительский опыт», – говорит Поттс. "Трудно предсказать, какие и сколько черт будут задействованы."
Исследование финансировалось Национальным научным фондом и Национальными институтами здравоохранения. Поттс и Нельсон, который сейчас является докторантом Гарвардского университета, провели исследование с четырьмя соавторами Университета Юты: профессором онкологии Брэдли Кэрнсом и бывшим докторантом Эндрю Олером из Института рака Хантсмана, а также студентами Джозефом Каучелья и Сетом Меркли.
Другими соавторами были Нил Янгсон из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее, Рэнди Нельсон из Университета штата Огайо и Эмма Уайтлоу из Университета Ла Троб в Мельбурне, Австралия.
Конфликт интересов родителей: папы делают сыновей менее сексуальными
Домашние мыши обычно размножаются моногамно, потому что они содержатся в клетке только с одним помощником. «В природе мыши должны искать и выбирать себе партнеров – процесс, который исключается в стандартных лабораторных условиях разведения», – говорит Нельсон, который выполнил исследование для своей докторской диссертации в Университете штата Юта.
Полуестественные лабораторные вольеры – сараи для мышей, где много мышей живут вместе – снова вводят мышей в социальную конкуренцию, предоставляя им доступ к множеству товарищей. «Социальные мыши подобны амбарным мышам, которые создают огромные популяции, когда еды в изобилии», – говорит Поттс. "Одомашненные мыши больше похожи на полевых мышей, они выкапывают жизнь из мелких семян и почти не контактируют с другими особями."
Хлевы для мышей в исследовании были 22 на 13 футов.5-футовые вольеры, разделенные ограждением из проволочной сетки на шесть секций или территорий. Мыши могут легко перелезть через сетку. В каждой из шести секций были гнездовой ящик, кормушка и питьевая вода. Четыре из шести секций в каждом сарае были более желательными территориями, а две – менее желательными, поэтому мышам приходилось соревноваться за территорию и товарищей.
Мыши в исследовании произошли от диких мышей и выращивались в течение 10 поколений в домашних условиях: в клетках с назначенными помощниками. Двадцать три пары самец-самка были определены как несоциальные, моногамные мыши и остались в этих клетках. Двадцать самцов и 40 самок, отнесенных к социальным, беспорядочным половым связям, были помещены в сараи для мышей, где они соревновались за территории и партнеров.
Чтобы оценить роль родителей в влиянии на привлекательность своих сыновей, исследователи разработали эксперимент по разведению одного поколения.
Предполагаемые родители сначала жили в одной из двух сред: беспорядочный хлев для мышей или моногамные клетки. Их удалили через восемь недель и разводили в клетках в четырех комбинациях: мать и отец из беспорядочной среды; оба из моногамной среды; мать из беспорядочной среды и отец из моногамной среды; наоборот.
Независимо от изначального окружения отца (беспорядочные или моногамные), сыновья мам из беспорядочной социальной среды производили больше феромонов, чем сыновья моногамных, одомашненных мам. Это подчеркивает заинтересованность мамы в передаче своих генов следующему поколению.
«Сыновья подготовлены к тому, чтобы реагировать на условия, с которыми сталкиваются их мамы, – например, на контакт с несколькими потенциальными партнерами», – говорит Поттс.
В отличие от мышей-матерей, отцы из беспорядочной, социально конкурентной среды оказали удивительное негативное влияние на сексуальную привлекательность своих сыновей. У этих сыновей было на 5 процентов меньше феромонов, чем у сыновей моногамных отцов.
«Отцы конкурируют со своими сыновьями и обычно быстро изгоняют их с территории, в то время как дочерей разрешают остаться», – говорит Поттс. "Если вы беспокоитесь о том, что ваши сыновья посягают на ваш репродуктивный успех, тогда зачем делать их сексуальными??"
Наследование за пределами генетического кода
Влияние социальной жизни мамы на уровень феромонов ее сыновей, которое не зависит от ее генетического кода, является примером эпигенетического наследования – влияния среды родителей на то, как гены их потомства активируются или «выражаются», то есть насколько сильно белок вырабатывается по командам генов.
Таким образом, экологические проблемы, с которыми сталкиваются родители, могут повлиять на благополучие их потомства в лучшую или худшую сторону – в этом исследовании – увеличение или уменьшение выработки феромонов – за счет влияния на производство белков, необходимых для выживания и воспроизводства.
Был предложен пример испорченного эпигенетического наследования, когда голод, поражающий родителей, оставляет их потомство с большей склонностью к накоплению калорий – черта, которая хороша во время голода, но может привести к ожирению, когда еды много.
На молекулярном уровне эпигенетические изменения связаны с модификацией генов, а не с их мутацией. Обычная химическая модификация генов называется метилированием, изменением, которое снижает выработку геном белка.
В новом исследовании Нельсон и соавторы рассмотрели ген феромона под названием Mup11. Они обнаружили, что метилирование гена было в два раза выше у сыновей моногамных домашних мышей, чем у сыновей беспорядочных, социальных мышей. Таким образом, сыновья беспорядочных мышей смогли производить больше феромонов.
Понимание роли социальной среды в наследовании может улучшить успех программ разведения в неволе. При возвращении в дикую природу, содержащиеся в неволе животные часто плохо приспособлены для того, чтобы соревноваться с дикими животными за помощников и другие ресурсы.
«Удивительно, как часто реинтродукция исчезающих видов в неволе терпит неудачу – по оценкам, эта цифра достигает 89 процентов», – говорит Поттс. "Одомашнивание стимулирует эпигенетические механизмы, которые делают животных менее приспособленными к природе."
Воссоздание социальных сетей в неволе, как это было сделано в новом исследовании, может помочь подготовить содержащихся в неволе животных к жизни в дикой природе. Нельсон говорит, что уровень феромона у мышей из социальных лабораторий приближается к уровню диких мышей, что увеличивает их репродуктивный успех.