Погана просторова пам’ять сприяє зрадам

Ріс. 1. Навіть у такого моногамного виду, як жовтобрюхі польовки (Microtus ochrogaster), чверть зачаття відбувається не з постійним партнером. Фото © Aubrey Kelly/Cornell University з сайту news.utexas.edu

Розмір території, якою гуляє самець жовтобрюхої польовки, залежить від того, який у нього варіант гена вазопресинового рецептора — «слабкий» або «сильний». Всього кілька замін в послідовності цього гена різко змінюють рівень його активності в областях мозку, пов’язаних з просторовою пам’яттю. Вчені вважають, що самці польовок, які гуляють більшою територією і зустрічають чужих самок, просто погано пам’ятають, де саме їм діставалося від інших самців. Тому вони безстрашно заходять в чужі володіння і частіше змінюють своєї партнерки.

Менше 5% видів ссавців моногамни — тобто утворюють стабільні пари. До цієї рідкісної групи належать жовтобрюхі польовки (Microtus ochrogaster) — улюблений об’єкт вчених, які досліджують соціальність. Вчені з’ясовують, яка відмінність жовтобрюхих польовок від їх найближчих родичів змушує їх заводити стосунки на все життя.

Однак не всі представники цього моногамного виду зберігають подружню вірність: навіть у жовтобрюхих польовок близько чверті зачаття трапляється не з постійним партнером. Але ці зради розподілені нерівномірно: деякі тварини не змінюють зовсім, а інші — дуже часто. Порівнюючи вірних і таких, що зраджують своїм партнеркам, можна дослідити причини, через які в популяції виникає різноманітність соціальної поведінки. Навіть якщо воно в загальних рисах прописано на генетичному рівні (наприклад, якщо в цілому вид моногамний), існують механізми, за рахунок яких окремі особини виду поводяться по-різному.

Деякі механізми міцної прихильності жовтобрюхих польовок до своїх пар вже відкриті. Так, було показано, що цих тварин різко відрізняє від їх полігамних родичів розподіл в мозку рецепторів вазопресину (див. A. Ophir et al., 2007. Variation in neural V1aR predicts sexual fidelity and space use among male prairie voles in semi-natural settings). У жовтобрюхих польовок цих рецепторів було найбільше у вентральному паллідумі — області мозку, пов’язаній з винагородою і формуванням мотивації. У інших польовок такого сплеску вмісту рецепторів вазопресину в цій області мозку не спостерігалося. А ще виявилося, що, якщо штучно посилити активність гена рецептора вазопресину у вентральному паллідумі жовтобрюхих польовок або мишей, їх прихильність до конкретного партнера стане міцнішою: гризуни тоді воліють проводити більше часу зі своєю парою, а не з іншими мишами протилежної статі.

Вазопресин по структурі схожий з окситоцином: ці молекули відрізняються лише двома амінокислотними залишками з дев’яти. Обидва нейропептиди впливають на соціальні взаємодії, в тому числі на формування прихильності. Зміцненню соціальних зв’язків під дією окситоцину присвячені сотні наукових робіт, і за цим нейропептидом закріпилася репутація «гормону прихильності». Вазопресин трохи менш відомий у цій ролі, проте чимало робіт вказують на те, що його функції багато в чому перекриваються з функціями спорідненого йому окситоцину (див. Z. Donaldson, L. Young, 2008. Oxytocin, vasopressin, and the neurogenetics of sociality). Тож не дивно, що прихильність польовок до свого партнера залежала від кількості рецепторів до вазопресину і що саме через вазопресин формувалася мотивація проводити більше часу з певною особиною і утворювати стабільну пару.

Отже, моногамний вид — жовтобрюхі польовки — відрізняється від полігамних споріднених видів високим вмістом рецепторів вазопресину в області мозку, пов’язаної з винагородою. А як розрізняється мозок жовтобрюхих польовок, які іноді зраджують своїм партнеркам, і тих, які їм завжди вірні? Виявилося, що в мозку «вітряних» польовок напрацьовується менше рецепторів до вазопресину. Але різниця виходила за рахунок областей, пов’язаних не з винагородою, а з просторовою пам’яттю, в основному — за рахунок ретроспленіальної кори.

Рис, 2. Самці зі «слабким» варіантом гена вазопресинового рецептора гуляють більшою територією, ніж вірні, і частіше зустрічають чужих самок. Фото © Yva Momatiuk & John Eastcott/Minden Pictures/Newsco з популярного синопсису до обговорюваної статті в Science

Це вже було несподіванкою. Якщо моногамність виду пов’язана з роботою системи винагороди, то чому ж частота чотирьох моногамних польовок пов’язана з просторовою пам’яттю? Тому американські вчені вирішили дослідити переміщення вірних і вітряних самців жовтобрюхої польовки за допомогою телеметрії, сподіваючись знайти якісь відмінності в тому, як використовують простір ці дві групи тварин.

Виявилося, що самці, які зраджують своїм партнеркам, гуляють більшою територією, ніж вірні, і частіше зустрічають чужих самок (рис. 2). Що характерно, самицю невірного самця при цьому теж частіше відвідували чужі самці. У самців, які воліли більше гуляти і менше охороняти свою партнерку, рівні рецепторів до вазопресину в областях мозку, пов’язаних з просторовою пам’яттю, були знижені. При цьому в регіонах мозку, що відповідають за винагороду, у вітряних самців було все так само, як і у вірних.

Якщо в популяції моногамних польовок існують такі різні типи поведінки, було б цікаво знайти визначальні їх генетичні особливості. Дослідники порівняли локуси ДНК, які кодують вазопресинові рецептори, і знайшли чотири варіативні позиції, що дозволяють передбачити кількість рецепторів вазопресину в ретроспленіальній корі (див. Retrosplenial cortex), пов’язаної з просторовою пам’яттю. Варіанти нуклеотидів у цих чотирьох позиціях зустрічалися в двох комбінаціях, одна з яких утворювала алель низького змісту рецепторів вазопресину в ретроспленіальній корі, а інша — високого. Обидві алелі не впливали на кількість вазопресинових рецепторів в інших частинах мозку

Цікаво, що у лабораторних тварин наявність того чи іншого варіанту гена сильніше впливала на вміст вазопресинових рецепторів в ретроспленіальній корі, ніж у диких (тобто у особин зі «слабким» алелем було рецепторів ще менше, а з «сильним» — ще більше, ніж у диких тварин з такими ж варіантами гена). Виходить, що на цю важливу ознаку впливає не тільки спадковість, а й умови життя тварини.

Щоб зрозуміти, як саме заміни в локусі вазопресинового рецептора впливають на роботу гена, вчені розглянули епігенетичні мітки його гістонів. За мітками на цих білках, що підтримують структуру ДНК, можна з високою точністю передбачати регуляторні ділянки, що керують активністю генів. Наприклад, для енхансерів — ділянок, що підсилюють роботу гена, — характерно приєднання міток до четвертого залишку лізину гістона H3. Якщо на гістонах певної ділянки ДНК таких міток багато, то швидше за все він служить енхансером. За цим критерієм вчені встановили, що три варіативні позиції з чотирьох знайдених розташовуються в енхансерах. Четверта варіативна позиція розташовувалася на ділянці з низькою щільністю гістонів, що характерно для частин ДНК, з якими часто зв’язуються регуляторні білки. Тому вона теж з великою ймовірністю ставилася до ділянок, важливих для управління активністю гена.

Через замін у одного з алелей ставало менше точок, до яких прикріплюються дезактивуючі мітки. При цьому виявилося, що у цього варіанту гена менше дезактивуючих міток не тільки у варіативних позиціях, але і в тих ділянках, які у двох алелей не розрізняються. Це може відбуватися через те, що епігенетичні мітки часто поширюються по ДНК хвилями — одна мітка приваблює модифікуючі білки, які приєднують такі ж мітки в її околицях. Ймовірно, певний нуклеотид у варіативній позиції локусу вазопресинового рецептора служить затравкою, від якої після приєднання мітки на досить протяжні області може поширитися хвиля дезактивації. А оскільки варіативні позиції, з яких запускаються такі хвилі, знаходяться в регуляторних ділянках, ці ділянки напевно відключаться, якщо у варіативній позиції стоїть нуклеотид, що дозволяє приєднати дезактивуючу мітку. Так через замін у варіативних позиціях виходило два варіанти гена, в яких прописаний режим їх роботи, і обидва ці варіанти були поширені в популяції (рис. 3).

Рис, 3. Самці жовтобрюхої польовки, що змінюють своєю партнеркою (позначені червоним; EPF — extra-pair fertilizations), переміщаються по більших територіях, ніж вірні самці (позначені блакитним; IPF — intra-pair fertilizations). Відмінності в переміщеннях самців автори статті пояснюють поганою просторовою пам’яттю вітряних самців: у них значно менше рецепторів до вазопресину в областях мозку, пов’язаних з просторовою пам’яттю, через що ці області мають менше шансів активуватися. А відмінності в кількості рецепторів, у свою чергу, пояснюються існуванням в популяції двох варіантів генів цього рецептора — «слабкого» (у вітряних самців) і «сильного». Зображення з популярного синопсису до обговорюваної статті в Science

Вчені вирішили оцінити, який з двох типів поведінки вигідніший. Виявилося, що це залежить від обставин. Загалом носії двох генетичних варіантів залишали однакову кількість нащадків, але, якщо в популяції частіше відбувалися зради, відбір починав сприяти відповідному генетичному варіанту. І навпаки, якщо було менше, більше потомства залишали вірні батьки. А коливання частоти в популяції загалом залежать насамперед від щільності самок. Якщо самок навколо багато, змінювати вигідніше: більше ймовірність успішно обзавестися потомством не тільки від своєї самки, але і від чужої. Якщо самок навколо мало, блукання навряд чи призведуть до успіху, тому вигідніше залишатися зі своєю самкою і заодно охороняти її від інших самців. Завдяки регулярним коливанням чисельності самок в популяції зберігається досить багато і вірних, і зраджуючих своїм парам самців.

Залишається відкритим питання, як саме мала кількість рецепторів вазопресину в областях мозку, пов’язаних з просторовою пам’яттю, призводить до того, що самець польовки гуляє більшою територією. Менше рецепторів у певній області мозку означає для неї менший шанс активуватися. Тому у польовок, у яких в областях, пов’язаних з просторовою пам’яттю, менше рецепторів вазопресину, просторова пам’ять може працювати гірше. Так виникла кумедна гіпотеза, що самець гуляє великими територіями, які перетинаються з територіями інших пар, тому що погано пам’ятає, де саме йому діставалося від інших самців. Таке безстрашність іноді призводить до того, що він не зустрічає іншого самця, а зустрічає самку і зраджує з нею своєю постійною партнеркою.

Джерело: Mariam Okhovat, Alejandro Berrio, Gerard Wallace, Alexander G. Ophir, Steven M. Phelps. Sexual fidelity trade-offs promote regulatory variation in the prairie vole brain // Science. 2015. V. 350. P. 1371–1374.

Див. також:

1) Любов і вірність контролюються дофаміном, «Елементи», 07.12.2005.

2) Окситоцин змушує одружених чоловіків зберігати вірність, «Елементи», 24.12.2012.

3) Щоб отримувати задоволення від спілкування, необхідна узгоджена робота окситоцину і серотоніну в належному ядрі, «Елементи», 16.09.2013.

Юлія Кондратенко