Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1. Способы видообразования и механизмы репродуктивной изоляции. 11
1.1.1. Аллопатрическое видообразование. 13
1.1.2. Парапатрическое видообразование 18
1.1.3. Симпатричекое видообразование. 21
1.1.4. «Усиление» и другие последствия симпатрии. 26
1.1.5. Гибридизация и видообразование . 31
1.1.6. Половой отбор, видовое распознавание, выбор полового партнера и концепции формирования этологических механизмов изоляции . 36
1.2. Механизмы репродуктивной изоляции у домовых мышейшдвидового комплекса Mus musculus s.l. 39
1.2.1. Прекопуляционные механизмы изоляции. 39
1.2.1.1. Поведенческие и гормональные реакции на обонятельные сигналы как механизмы прекопуляционной изоляции, распознавание запаха особей своего и других видов. 40
1.2.1.3. Постзиготическая изоляции у близкородственных видов. 47
1.3. Основные хемосенсорные образования носовой полости и принципы кодирования информации в дополнительной обонятельной системе млекопитающих. 50
1.3.1. Обонятельный эпителий. 50
1.3.2. Вомероназальный орган. 52
1.3.3. Тройничный нерв. 54
1.3.4. Септальный орган. 54
1.3.5. Терминальный (конечный) нерв. 55
1.3.6. Обонятельные луковицы. 56
1.3.6.1. Основная обонятельная луковица. 56
1.3.6.2. Дополнительная обонятельная луковица. 59
1.3.6.3. Нейроанатомические проекции. 61
1.3.7. Трансдукция сигнала в обонятельной системе . 64
1.3.8. Виды химических сигналов. 74
1.3.9. Эволюция дополнительной обонятельной системы. 78
Глава 2. Материал и методика
2.1. Материал и методы исследований локализации нейрональной активности в обонятельной системе . 80
2.1.1. Ольфакторная стимуляция животных. 80
2.1.2. Перфузия. 82
2.1.3. Методика удаления вомероназального органа. 82
2.1.4. Покрытие стекол желатином 83
2.1.5. Приготовление серийных срезов 83
2.1.6. Иммуногистохимическое окрашивание срезов. 84
2.2 Поведенческие реакции домовых мышей в ответ на обонятельные сигналы представителей своего и близкородственных видов. 86
2.3 Сравнительный анализ поведения при ссаживании самцов и самок дикоживущих и синантропных видов домовых мышей. 89
Глава 3. Результаты исследований и обсуяадение.
3.1. Локализация нейрональной активности в ответ на стимуляцию хемосигналами эстральной самки своего и близкородственного видов на уровне рецепторной ткани. 95
3.2. Локализация нейрональной активности в ответ на стимуляцию хемосигналами эстральной самки на уровне обонятельных луковиц. 98
3.3. Изучение реакций на обонятельные сигналы у близкородственных видов домовых мышей. 102
3.3.1. Поведенческие реакции домовых мышей в ответ на обонятельные сигналы представителей своего и близкородственных видов. 103
3.4. Поведение домовых мышей при ссаживании с половыми партнерами своего и близкородственного видов . 123
3.4.1. Сравнительный анализ поведения при ссаживании половых партнеров разных форм домовых мышей 127
3.4.1.1. Ссаживания особей одного вида 127
3.4.1.2. Гетероспецифичные ссаживания 138
Заключение 139
- Половой отбор, видовое распознавание, выбор полового партнера и концепции формирования этологических механизмов изоляции
- Трансдукция сигнала в обонятельной системе
- Материал и методы исследований локализации нейрональной активности в обонятельной системе
- Поведение домовых мышей при ссаживании с половыми партнерами своего и близкородственного видов
Введение к работе
Актуальность темы. Концепция вида и видообразования была и остается основополагающей в современной синтетической теории эволюции. В основе видообразования лежит формирование репродуктивной изоляции между близкородственными видами. Именно поэтому большинство биологов-эволюционистов рассматривают изучение формирования механизмов изоляции в процессе эволюции как центральную проблему концепции вида и видообразования. Вместе с тем репродуктивная изоляция бисексуальных форм является одним из основных критериев их видовой самостоятельности.
Для объяснения эволюционных процессов, связанных с формированием механизмов репродуктивной изоляции (как пре-, так и посткопуляционной) у близкородственных видов, необходим анализ их функционирования у форм, находящихся на разных этапах дивергенции: у надежно изолированных симпатрических видов, у парапатрических форм, скрещивающихся в зонах контакта, а также у аллопатрических видов и популяций одного вида. Особое место принадлежит изучению особей из естественных зон гибридизации. Традиционно гибридизация оценивается как негативное явление, нарушающее сбалансированность коадаптированных генных комплексов таксонов, что приводит к понижению их приспособленности. При изучении этологической прекопуляционной изоляции одни исследователи оценивают гибридизацию как результат «ошибки» в коммуникации при выборе партнера своего вида, другие - как закономерное явление, объясняющееся возможностью успешной коммуникации между представителями близких таксонов (Панов, 1989).
Следует отметить, что основными модельными группами животных, при изучении которых были разработаны концепции, объясняющие формирование механизмов прекопуляционной изоляции, являются дрозофилы, саранчовые, бесхвостые амфибии и некоторые близкородственные виды рыб и птиц. Основная роль в передаче информации
у этих животных принадлежит визуальным и акустическим сигналам. Грызуны, у которых основную роль в передаче информации играют обонятельные сигналы, изучены в этом отношении гораздо хуже, как и млекопитающие в целом. Значение обонятельных сигналов в прекопуляционной изоляции близкородственных форм по сравнению с визуальными и акустическими находится на начальной фазе изучения.
Актуальность темы настоящей работы, которая в той или иной степени охватывает все перечисленные выше (в том числе, и дискуссионные) вопросы, определяется также и особенностями изучаемого объекта. Синантропные домовые мыши - наиболее частые и обычные обитатели построек человека. Домовые мыши представляют собой эволюциошю достаточно молодую группу и включают формы, находящиеся на разных стадиях дивергенции: симпатрические виды (Mus musculus - М. spicilegus; М. domesticus - М. macedonicus; M.domesticus - М. spretus); парапатрические таксоны, скрещивающиеся в зонах контакта (М. musculus - М. domesticus - М. castaneus); а также аллопатрические виды (М spicilegus - М. macedonicus - М. spretus; М. musculus - М. spretus, рис.1). Относительное морфологическое сходство и одновременно существенные экологические и этологические различия между отдельными видами и формами домовых мышей, а также наличие в природе, с одной стороны, зон гибридизации между некоторыми формами, а с другой - симпатрических видов, нескрещивающихся в естественных условиях, наряду с относительно хорошей изученностью генома делают группу домовых мышей уникальным объектом среди Myomorpha для изучения механизмов изоляции, их развития в фило- и онтогенезе.
С точки зрения систематиков группа домовых мышей - один из наиболее сложных случаев. Поэтому не удивительно, что не существует общепринятой их классификации. Все систематики сходятся во мнениях относительно дикоживущих таксонов и считают их самостоятельными видами (М. spretus, М. macedonicus, М. spicilegus). Напротив, относительно
синаптропных таксонов нет единой точки зрения. Мы рассматриваем домовых мышей как надвидовой комплекс первого порядка Mus musculus s.l. по Хафферу (Haffer, 1986), включающий в себя надвид синантропних домовых мышей (виды М. musculus Linnaeus 1758:62, М. domesticus Shwartz, Shwartz, 1943:65, M. castaneus Waterhouse, 1842:145) и три алловида дикоживущих (М. spretus Lataste, 1883:27, М. macedonicus Petrov, Ruzic, 1983:177, M. spicilegus Peteny 1882:114 -Котенкова, 2000).
Цели и задачи работы. Целью исследований было изучение роли поведенческих и физиологических механизмов прекопуляционной изоляции у близкородственных видов домовых мышей надвидового комплекса Mus musculus sensu lato.
Исходя из целей работы, был поставлен ряд конкретных задач:
1) сравнительный анализ активации рецепеторных клеток
вомероназального органа самцов мышей в ответ на стимуляцию запахом
эстральной самки своего и чужого видов;
сравнительный анализ прохождения обонятельных сигналов особей своего и близкородственных видов от выстилки вомероназального органа до структур центральной нервной системы;
изучение поведенческих реакций на обонятельные сигналы особей своего и близкородственного видов;
изучение роли поведенческих взаимодействий, выразительных поз и телодвижений в репродуктивной изоляции симпатрических и аллопатрических видов у домовых мышей.
Научная новизна. В данной работе впервые для млекопитающих проблема механизмов изоляции рассматривается на разных уровнях организации: рецепторном (обонятельный анализатор) и организменном (анализ поведенческих взаимодействий потенциальных половых партнеров, выбор полового партнера по обонятельным сигналам). При этом показано, что у нескрещивающихся в природе симпатрических видов домовых мышей изоляция обеспечивается ее многократным дублированием на разных
уровнях: от различий в поведении до разницы в рецепторном коде сигнала. Впервые проведен сравнительный детальный анализ полового поведения у близкородственных видов домовых мышей.
Практическая ценность работы. Домовые мыши наносят существенный экономический ущерб хозяйству и являются носителями опасных для человека инфекционных заболеваний, таких как чума, туляремия, лептоспироз и др. (Кулик, 1979), что приобретает особое значение в связи с синантропным образом жизни и широким распространением представителей надвидового комплекса синантропных домовых мышей. Эти грызуны заселили практически все материки и сумели проникнуть далеко на север, где постоянно обитают в жилищах человека (Романова, 1971; Прилуцкая, 1984; Кучерук, 1994). Детальное понимание процессов коммуникации домовых мышей, особенностей восприятия обонятельных сигналов, могут способствовать разработке новых нетоксичных методов регуляции их численности.
Благодарности. Автор выражает благодарность доктору биологических наук, ведущему научному сотруднику ИПЭЭ РАН Е.В. Котенковой и кандидату биологических наук, старшему научному сотруднику ИПЭЭ РАН В. В. Вознесенской, под руководством которых выполнена настоящая работа.
Автор выражает благодарность кандидату биологических наук старшему научному сотруднику ИПЭЭ РАН А.В. Сурову, любезно предоставившему для проведения опытов сконструированную им экспериментальную камеру для изучения реакции мелких грызунов на обонятельные сигналы; зоологу Симферопольской санэпидстанции Н.Н. Товпинцу за помощь в отлове кургапчиковых мышей, директору фирмы РЭТ В.А. Рыльникову, предоставившему домовых мышей из г. Москвы.
В диссертацию вошли результаты исследований, выполненных автором при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований грант 04-04-48412.
\">"-1
Mus domesticus
, ... , ., -,-. -. "—-—,-. -
.
\ - .
Рис. la. Ареалы разных видов домовых мышей надвидового комплекса Mus musculus s. 1.
V
Рис. 16. Пути расселения синантропных таксонов домовых мышей из центра возникновения - Северной Индии (по Boursot et al, 1996).
m-M.musculus, d-M.domesticus, Ъ-M.d. bactrianus (= praetextus).
Половой отбор, видовое распознавание, выбор полового партнера и концепции формирования этологических механизмов изоляции
Традиционно исследователи рассматривали видовое распознавание, выбор полового партнера и половой отбор как самостоятельные проблемы коммуникации животных. С начала 90-х годов наметилась тенденция к изучению этих проблем не только в тесной взаимосвязи (Ryan, Rand, 1993), но и в связи с анализом и разработкой концепции механизмов изоляции, причем с учетом влияния экологических факторов на эволюцию характеристик сигналов и воспринимающих их систем.
Половой отбор - это результат успешного дифференциального скрещивания &ежду особями внутри популяции (Panhuis et al., 2001). v Дифференциальность в скрещивании в данном случае определяется наличием конкуренции. Конкуренция за оплодотворение выражается либо в прямом соперничестве между особями одного пола (например, конкуренция между самцами или их спермой), или в опосредованном - за аттрактивность / для особей другого пола (выбор самки). С другой стороны, предпочтения одного пола (чаще самок), направленные на выбор определенных вторично-половых признаков у другого пола (чаще самцов) могут приобретать1 значение фактора сильного полового отбора, если эти предпочтения вызывают возрастание разброса в репродуктивном успехе у особей противоположного пола. (Boake, 2002). Хотя долгое время считалось, что половой отбор важен для внутрипопуляционной эволюции, в последнее время признана его роль, как основополагающей силы процесса видообразования. Видообразование, распад одного вида на два или более, может происходить посредством полового отбора, если параллельное изменение половых предпочтений и вторичных половых признаков внутри популяции приводит к презиготической изоляции между популяциями, и это становится основной причиной репродуктивной изоляции.
Основной возникающий при этом вопрос - являются ли признаки, определяющие выбор полового партнера случайными или они непосредственно связаны с адаптацией к тем или иным условиям существования? Модель межполового отбора, предложенная Фишером, предсказывает, что как вторичные половые признаки самцов, так и предпочтения самок преимущественно произвольны (Fisher, 1930; Lande, 1981). Любой вторично-половой признак, которому самки оказывают предпочтение, может подвергаться действию отбора в том случае, если он каким-то образом коррелирует с «качеством» потомства, происходящим от данного самца. Следовательно, эти случайные особенности должны свободно варьировать между популяциями, а дивергенция по ним должна происходить достаточно свободно (Lande, 1982). Напротив, согласно теории сенсорного драйва, как вторичные половые признаки самцов, так и сенсорные системы, определяющие половые предпочтения самок, адаптированы к локальным условиям окружающей среды (West-Eberhard, 1983; Endler, 1992). Таким образом, сенсорный драйв выступает как интегрированная эволюция коммуникативных сигналов, сенсорных систем и собственно поведения, связанного с передачей информации. Такая интегрированная эволюция этих составляющих обусловлена действием ограничивающих передачу сигналов физических условий локального местообитания и особенностями нейрофизиологии, сформировавшимися в историческом развитии систем восприятия сигналов того или иного вида (Endler, 1992, 1993). Поскольку естественный отбор благоприятствует сигналам, точно соответствующим характеристикам восприятия, то становится очевидным, что дивергенция по особенностям восприятия между популяциями, занимающими различные местообитания, может быть еще одним источником дивергентного отбора по вторичным половым признакам самцов (Endler, 1993). Например, наибольшая чувствительность по частоте звукового сигнала различается между разными популяциями лягушек Acris crepitans (Wilczynski, 1992). / Доминирующая частота зова самцов из разных популяций этого вида колеблется в соответствии с колебаниями спектральных характеристик восприятия звука у самок (Ryan, 1990). Таким образом, системы воспроизведения сигналов самцами и их восприятия самками тесно взаимосвязаны (Wilczynski, 1992). А поскольку популяции занимают различные локальные местообитания, то можно предположить, что межпопуляционные вариации вперцепции и характеристики сигналов коррелируют с различиями в условиях среды обитания (Ryan, 1990).
Видообразование посредством механизма сенсорного драйва можно рассматривать как отдельный случай относительно старой гипотезы о репродуктивной изоляции между популяциями как побочном продукте адаптации к различным местообитаниям в условиях аллопатрии (Мауг, 1942; Muller, 1942; Dobzhansky, 1951; Schluter, 2000). Однако, концепция [ сенсорного драйва может быть применима для объяснения дивергенции систем коммуникации близкородственных видов на ранних этапах дивергенции как при симпатрическом, так и аллопатрическом видообразовании /
Заслуживает упоминания гипотеза «предсуществующих» сенсорных предпочтений самок, разработанная американским исследователем Райаном (Ryan, 1990). Был получен ряд фактов, подтверждающих существование у самок ряда видов рыб и бесхвостых амфибий предпочтений определенных акустических и визуальных сигналов, отличных от видоспецифических сигналов самцов-конспецификов. Суть гипотезы - в существовании изначальных предпочтений у самок, и вторичном формировании соответствующих сигналов у самцов. Эта модель предполагает, что самки оказывают предпочтение определенным сигналам, поскольку обладают рядом врожденных особенностей сенсорной системы. Из этого следует, что в ходе эволюции видоспецифические коммуникативные сигналы самцов развиваются в зависимости от предпочтений самок. Эта гипотеза представляется вполне вероятной, поскольку эволюция вторичных половых признаков самцов чаще всего не связана с фундаментальными перестройками физиологии и плана строения организма. При этом затрагиваются лишь морфофизиологические параметры отдельных органов и систем, которые сами по себе отличаются высокой вариабельностью. Наоборот, изменения в системе восприятия с большей вероятностью сопряжены с глубокими перестройками плана строения и физиологии всего организма (в первую очередь, нервной системы). Следовательно, можно предположить, что система восприятия в своих эволюционных преобразованиях ведет себя более инертно. Поэтому более вариабельная структурная организация вторичных половых признаков самцов должна «подстраиваться» под особенности восприятия. Гипотеза «предсуществующих» сенсорных предпочтений вполне укладывается в рамки теоретических представлений Эндлера (1992) о сенсорном драйве, согласно которым эволюция сигнала ограничивается возможностями сенсорной системы получателя сигнала, а также биотическими и абиотическими особенностями среды, в которой происходит его передача.
Однако, по мнению многих эволюционистов, дальнейшее осмысление процессов, связанных с видообразованием, определяется в настоящее время не разработкой новых теорий, часто умозрительных, а получением новых конкретных данных, подтверждающих или опровергающих те или иные теории.
Трансдукция сигнала в обонятельной системе
Помимо молекулярных особенностей одоранта, на качество его восприятия может влиять и его концентрация. Существует множество примеров того, как некоторые одоранты меняют свою запаховую идентичность в зависимости от своей концентрации. Например, тиол, который при высоких концентрациях является зловонным и трудно переносимым запахом, при низких приобретает сладковатый цитрусовый аромат. Но более удивительным является тот факт, что большинство одорантов сохраняют свою запаховую идентичность даже при изменении своей концентрации на несколько порядков. Амилацетат, вещество, имеющее приятный фруктовый запах, может быть легко идентифицировано в концентрации 0.1 нМ до 10 тМ. В исследованиях, с применением методики оптического отображения активности ООЛ в ответ на предъявление запахов, было показано, что при повышении концентрации одоранта, в паттерн активности ООЛ вовлекаются дополнительные гломерулы. Данный факт свидетельствует об активации новых типов рецепторов обонятельного эпителия в ответ на повышение концентрации одоранта (Rubin, Katz, 1999). Вопрос почему при вовлечении в сенсорные процессы новых рецепторов качество восприятия одоранта не изменяется остается открытым. Одно из возможных объяснений состоит в том, что в сенсорном эпителии помимо обычных лиганд-специфичных рецепторов, могут находиться рецепторы с низкой аффинностью, неспецифически связывающиеся с широким набором веществ (Firestein, 2001). Такие рецепторы должны быть детекторами интенсивности ольфакторной стимуляции вне зависимости от молекулярной структуры конкретного одоранта. Иначе говоря, рецепторы с низкой аффинностью должны активироваться большим количеством веществ, но только при их высоких концентрациях; так что вовлечение этих рецепторов в паттерн активности ООЛ, сигнализирует только о высокой концентрации какого-либо одоранта, вне зависимости от того, какой именно одорант вызвал данный паттерн активности (Firestein, 2001).
В качестве вторичного посредника в клетках обонятельного эпителия выступает цАМФ. Связанный с лигандом рецептор активирует G белок (обонятельный подтип этого белка - G0if), который в свою очередь активирует аденилатциклазу (АСШ). Аденилатциклаза взаимодействует с молекулами АТФ, переводя их в циклические молекулы цАМФ. Молекулы цАМФ активируют нуклеотид- зависимый ионный канал, связываясь с его внутриклеточной частью, что обеспечивает вход ионов Са2+ и Na+ в клетку.
Один обонятельный рецептор способен активировать 10 молекул G-белка, каждая из которых, в свою очередь, активирует молекулу аденилатциклазы. Активация аденилатциклазы, ферментативная активность которой способна обеспечить образование до 1000 молекул цАМФ в секунду, ведет к кратковременному повышению концентрации цАМФ (Breer et al., 1990). По видимому, даже единичное связывание одоранта с рецептором может привести к значительному изменению потенциала покоя сенсорного нейрона. В обонятельных рецепторных нейронах (ОРН) есть и дополнительный и, до некоторой степени, уникальный механизм усиления сигнала. Входящие через нуклеотид-зависимые ионные каналы ионы Са способны активировать ионные каналы проницаемые для отрицательно заряженных ионов СГ (Kleene, Gesteland, 1991). В нервных клетках ионы СГ обычно опосредуют тормозные гиперполяризуїощие ответы, поэтому внутриклеточная концентрация этих ионов обычно меньше чем внеклеточная. В ОРН же поддерживается необычно высокая внутриклеточная концентрация ионов СГ (главным образом благодаря действию мембранной помпы), поэтому при активации хлорных каналов, наблюдается отток этих ионов наружу. Такой выходящий хлорный ток обуславливает дополнительную деполяризацию клеточной мембраны. Вышеописанный механизм усиления сигнала является адаптацией: обонятельные реснички, на поверхности которых располагаются рецепторы, погружены в слизь, регуляция ионного состава которой вследствие контакта с внешней средой затруднена (Kurahashi, Yau, 1993; Lowe, Gold, 1993), собственный, внутриклеточный градиент концентрации ионов СГ дополнительно усиливает деполяризацию мембраны в случае низкой концентрации ионов Na+ в слизи ионных каналов, требуется стимульное воздействие большей интенсивности (более высокая концентрация одоранта) (Kramer, Siegelbaum, 1992; Chen, Yau, 1994; Liu et al., 1994). Другие механизмы адаптации обонятельных нейронов включают в себя действие недавно открытого белка - регулятора сигнальной активности G- белков, который, взаимодействуя с аденилатциклазой, уменьшает ее ферментную активность (Sinnarajah et al.,200l), а также киназы, которая фосфорилируя активированный рецептор переводит его в неактивную форму (Dawson et al., 1993; Schleicher et al., 1993). Такой механизм позволяет обонятельной системе выделить одорант определенной концентрации среди широкого диапазона фоновых значений концентраций других одорантов (Kelliher et al., 2003).
Помимо циклазного каскада в трансдукции сигнала может принимать участие система 1Р3 и DAG (инозитол-1,4,5- трифосфат и диацилглицерол). Показано, что IP} способен активировать кальциевые каналы обонятельных клеток, однако, является ли инозитолфосфатный путь прямым каскадом трансдукции обонятельного сигнала или же 1Р3 играет в данном случае роль модулятора активности остается неясным (Овчинников и др., 1999).
В сенсорных нейронах эпителия ВНО экспрессируются вомероназальные рецепторы, выделяемые в настоящее время в два семейства VI и V2 (Rodriguez et al., 2002). Рецепторы семейства VI экспрессируются преимущественно в апикальной части ВНО, в то время как рецепторы, относимые к семейству V2 экспрессируются, в базальной его части. Центральные проекции вомероназальных нейронов, экспрессирующих рецепторы VI и V2 также пространственно разнесены. VIR нейроны экспрессируют альфа субъединицы белка Gaj2 и проецируются в переднюю (ростральную) часть ДОЛ, тогда как V2Rs нейроны экспрессируют альфа субъединицы белка Goto и проецируются в заднюю (каудальную) часть ДОЛ (Halpern et al., 1995; Wekesa, Anholt, 1999; Rodriguez et al., 1999). Хотя рецепторы обоих рецепторных семейств являются молекулами, связанными с G-белками, структурные отличия в концевом N- домене указывают на специализацию каждого рецепторного семейства для распознавания отдельных классов лигандов. В настоящее время показано, что активация Gj и G0 подтипов Ga субъединиц G-белков вызывается двумя структурно различающимися классами соединений. Активация белка Gj коэкспрессирующегося вместе с VIRs рецепторами, наблюдается только под действием липофильных, летучих компонентов, в то время как активация белка G0; коэкспрессирующегося вместе с V2Rs рецепторами, вызывается a2u-глобулином липокалинового ряда (MUP). Таким образом, каждое из двух рецепторных семейств ВНО действительно активируется разными классами лигандов: VIRs, вероятно, активируются под действием липофильных, возможно, летучих одорантов, V2Rs - рецепторы, по-видимому, специализированы для взаимодействия с соединениями типа феромонов, т.е. веществами белковой природы.
Материал и методы исследований локализации нейрональной активности в обонятельной системе
Помимо молекулярных особенностей одоранта, на качество его восприятия может влиять и его концентрация. Существует множество примеров того, как некоторые одоранты меняют свою запаховую идентичность в зависимости от своей концентрации. Например, тиол, который при высоких концентрациях является зловонным и трудно переносимым запахом, при низких приобретает сладковатый цитрусовый аромат. Но более удивительным является тот факт, что большинство одорантов сохраняют свою запаховую идентичность даже при изменении своей концентрации на несколько порядков. Амилацетат, вещество, имеющее приятный фруктовый запах, может быть легко идентифицировано в концентрации 0.1 нМ до 10 тМ. В исследованиях, с применением методики оптического отображения активности ООЛ в ответ на предъявление запахов, было показано, что при повышении концентрации одоранта, в паттерн активности ООЛ вовлекаются дополнительные гломерулы. Данный факт свидетельствует об активации новых типов рецепторов обонятельного эпителия в ответ на повышение концентрации одоранта (Rubin, Katz, 1999). Вопрос почему при вовлечении в сенсорные процессы новых рецепторов качество восприятия одоранта не изменяется остается открытым. Одно из возможных объяснений состоит в том, что в сенсорном эпителии помимо обычных лиганд-специфичных рецепторов, могут находиться рецепторы с низкой аффинностью, неспецифически связывающиеся с широким набором веществ (Firestein, 2001). Такие рецепторы должны быть детекторами интенсивности ольфакторной стимуляции вне зависимости от молекулярной структуры конкретного одоранта. Иначе говоря, рецепторы с низкой аффинностью должны активироваться большим количеством веществ, но только при их высоких концентрациях; так что вовлечение этих рецепторов в паттерн активности ООЛ, сигнализирует только о высокой концентрации какого-либо одоранта, вне зависимости от того, какой именно одорант вызвал данный паттерн активности (Firestein, 2001).
В качестве вторичного посредника в клетках обонятельного эпителия выступает цАМФ. Связанный с лигандом рецептор активирует G белок (обонятельный подтип этого белка - G0if), который в свою очередь активирует аденилатциклазу (АСШ). Аденилатциклаза взаимодействует с молекулами АТФ, переводя их в циклические молекулы цАМФ. Молекулы цАМФ активируют нуклеотид- зависимый ионный канал, связываясь с его внутриклеточной частью, что обеспечивает вход ионов Са2+ и Na+ в клетку.
Один обонятельный рецептор способен активировать 10 молекул G-белка, каждая из которых, в свою очередь, активирует молекулу аденилатциклазы. Активация аденилатциклазы, ферментативная активность которой способна обеспечить образование до 1000 молекул цАМФ в секунду, ведет к кратковременному повышению концентрации цАМФ (Breer et al., 1990). По видимому, даже единичное связывание одоранта с рецептором может привести к значительному изменению потенциала покоя сенсорного нейрона. В обонятельных рецепторных нейронах (ОРН) есть и дополнительный и, до некоторой степени, уникальный механизм усиления сигнала. Входящие через нуклеотид-зависимые ионные каналы ионы Са способны активировать ионные каналы проницаемые для отрицательно заряженных ионов СГ (Kleene, Gesteland, 1991). В нервных клетках ионы СГ обычно опосредуют тормозные гиперполяризуїощие ответы, поэтому внутриклеточная концентрация этих ионов обычно меньше чем внеклеточная. В ОРН же поддерживается необычно высокая внутриклеточная концентрация ионов СГ (главным образом благодаря действию мембранной помпы), поэтому при активации хлорных каналов, наблюдается отток этих ионов наружу. Такой выходящий хлорный ток обуславливает дополнительную деполяризацию клеточной мембраны. Вышеописанный механизм усиления сигнала является адаптацией: обонятельные реснички, на поверхности которых располагаются рецепторы, погружены в слизь, регуляция ионного состава которой вследствие контакта с внешней средой затруднена (Kurahashi, Yau, 1993; Lowe, Gold, 1993), собственный, внутриклеточный градиент концентрации ионов СГ дополнительно усиливает деполяризацию мембраны в случае низкой концентрации ионов Na+ в слизи ионных каналов, требуется стимульное воздействие большей интенсивности (более высокая концентрация одоранта) (Kramer, Siegelbaum, 1992; Chen, Yau, 1994; Liu et al., 1994). Другие механизмы адаптации обонятельных нейронов включают в себя действие недавно открытого белка - регулятора сигнальной активности G- белков, который, взаимодействуя с аденилатциклазой, уменьшает ее ферментную активность (Sinnarajah et al.,200l), а также киназы, которая фосфорилируя активированный рецептор переводит его в неактивную форму (Dawson et al., 1993; Schleicher et al., 1993). Такой механизм позволяет обонятельной системе выделить одорант определенной концентрации среди широкого диапазона фоновых значений концентраций других одорантов (Kelliher et al., 2003).
Помимо циклазного каскада в трансдукции сигнала может принимать участие система 1Р3 и DAG (инозитол-1,4,5- трифосфат и диацилглицерол). Показано, что IP} способен активировать кальциевые каналы обонятельных клеток, однако, является ли инозитолфосфатный путь прямым каскадом трансдукции обонятельного сигнала или же 1Р3 играет в данном случае роль модулятора активности остается неясным (Овчинников и др., 1999).
В сенсорных нейронах эпителия ВНО экспрессируются вомероназальные рецепторы, выделяемые в настоящее время в два семейства VI и V2 (Rodriguez et al., 2002). Рецепторы семейства VI экспрессируются преимущественно в апикальной части ВНО, в то время как рецепторы, относимые к семейству V2 экспрессируются, в базальной его части. Центральные проекции вомероназальных нейронов, экспрессирующих рецепторы VI и V2 также пространственно разнесены. VIR нейроны экспрессируют альфа субъединицы белка Gaj2 и проецируются в переднюю (ростральную) часть ДОЛ, тогда как V2Rs нейроны экспрессируют альфа субъединицы белка Goto и проецируются в заднюю (каудальную) часть ДОЛ (Halpern et al., 1995; Wekesa, Anholt, 1999; Rodriguez et al., 1999). Хотя рецепторы обоих рецепторных семейств являются молекулами, связанными с G-белками, структурные отличия в концевом N- домене указывают на специализацию каждого рецепторного семейства для распознавания отдельных классов лигандов. В настоящее время показано, что активация Gj и G0 подтипов Ga субъединиц G-белков вызывается двумя структурно различающимися классами соединений. Активация белка Gj коэкспрессирующегося вместе с VIRs рецепторами, наблюдается только под действием липофильных, летучих компонентов, в то время как активация белка G0; коэкспрессирующегося вместе с V2Rs рецепторами, вызывается a2u-глобулином липокалинового ряда (MUP). Таким образом, каждое из двух рецепторных семейств ВНО действительно активируется разными классами лигандов: VIRs, вероятно, активируются под действием липофильных, возможно, летучих одорантов, V2Rs - рецепторы, по-видимому, специализированы для взаимодействия с соединениями типа феромонов, т.е. веществами белковой природы.
Через 2-3 минуты после завершения экспозиций животным вводилась летальная доза наркоза (V-pental, 40мкг/кг). Перфузия осуществлялась 3% раствором формалина при помощи шприцов объемом 50 мл. Вскрыв грудную клетку и обнажив сердце, мы делали надрез стенки правого предсердия, одновременно вводя в желудочек противоположной стороны иглу шприца, наполненного физиологическим раствором на основе фосфатного буфера. Hak Раствор прекращали вводить тогда, когда из надрезанного предсердия начинала вытекать не кровь, а физиологический раствор. После этого, не вынимая иглы, шприц с физиологическим раствором заменяли на шприц, заполненный раствором формалина. Перфузия раствором формалина осуществлялась достаточно медленно, для хорошей фиксации требовалось около 20 мл раствора.
Поведение домовых мышей при ссаживании с половыми партнерами своего и близкородственного видов
Как показали многочисленные исследования, проведенные с разными группами позвоночных животных, видоспецифические особенности полового поведения могут играть существенную роль в изоляции близкородственных видов. Показано, что различия в половом поведении между близкородственными видами полевок рода Microtus при встрече потенциальных половых партнеров могут служить надежными механизмами прекопуляционной этологической изоляции (Зоренко, Малыгин, 1984). Однако собственно половое поведения, то есть элементы поведения непосредственно связанные с копуляцией (в том числе и ритуализованные действия которые можно назвать ухаживанием), предваряются комплексом поведенческих взаимодействий, который может оказывать существенное влияние на возможность межвидовой гибридизации. Несогласованность действий потенциальных половых партнеров на первых стадиях коммуникативного процесса способна нарушить всю последовательность поведенческих взаимодействий, ведущих к спариванию.
Прекопуляционные механизмы репродуктивной изоляции у домовых мышей рассмотрены нами в обзорной работе (Котенкова, Амбарян, 2003). Домовые мыши и их лабораторные формы давно стали одним из самых распространенных модельных объектов экспериментальных исследований различных аспектов поведения животных. В литературе имеется достаточно полное описание и анализ некоторых форм поведения (главным образом, агонистического) диких и лабораторных мышей, при этом разные авторы выделяли от 12 до 51 поведенческих актов, выразительных поз и телодвижений (Van Abeelen, 1963, 1966; Clarke, Schein, 1966; Estep et al., 1975; Grant, Mackintosh, 1963; Mackintosh, 1981; Пошивалов, 1986; Золотарев, 1980). Однако, как правило, эти работы проводились без учёта видовой или подвидовой принадлежности. Имеются лишь единичные исследования, в которых проведено сравнение поведения разных видов домовых мышей. Так, найдены количественные различия в агонистическом поведении М. musculus и М. domesticus (Thuessen, 1977). Был проведен анализ "морфологии" видовой системы поведения курганчиковых мышей при социальных взаимодействиях (выделено 35 выразительных поз и телодвижений) и сравнение образцов поведения, поз и выразительных телодвижений с имеющимися данными для других видов (Котенкова и др., 1989). Оказалось, что «морфология» поведения синантропных домовых и курганчиковых мышей практически идентична. Отмечены лишь незначительные различия во время назо-назальных контактов по сравнению с синантропными видами. На основании изучения агрессивного поведения курганчиковых мышей и сравнения с литературными данными Д. Сименовска (Simeonovska, 1994) также приходит к выводу об отсутствии каких-либо качественных различий в поведении М. spicilegus и М. domesticus. Таким образом, сравнение выразительных поз и телодвижений у представителей разных видов домовых мышей не выявляет существенных качественных различий в поведении, которые могли бы быть основой этологической изоляции. Сходные данные получены и при анализе поведения близкородственных видов африканских песчанок родов Gerbillurus и Tatera. (Dempster etal., 1992,1993).
Проводился сравнительный анализ поведения М. musculus, М. spicilegus и особей из естественной гибридной популяции М. musculus х М. domesticus при встрече потенциальных половых партнеров кон- и гетероспецифичных форм мышей в кратковременных (20 мин) ссаживаниях на нейтральной территории (Потанский, Котенкова, 1992).
В результате проведенного факторного анализа была получена зависимость частоты социальных взаимодействий в экспериментах от трех факторов: видовой принадлежности самки, видовой принадлежности самца и варианта ссаживания. Одной из основных причин, определяющих развитие событий во время опыта, является поведение самки. Именно самки были инициаторами агонистических взаимодействий в большинстве случаев, что препятствовало самцам контактировать с ними. Видовая принадлежность самца достоверно влияет на частоту назо-назальных контактов и обнюхиваний полового партнера, а вариант ссаживания оказывает достоверное воздействие на частоту назо-анальных контактов.
При ссаживании потенциальных половых партнеров разных видов домовых мышей самки М. spicilegus проявляли агрессивность как по отношению к самцам конспецфикам, так и в отношении гетероспецифичных самцов симпатрического вида - М. musculus. Авторы (Потанский, Котенкова, 1992) предположили, что для М. spicilegus существенными моментами для успешного спаривания являются, с одной стороны, сезон, когда происходит встреча половых партнеров, а с другой - факт их знакомства, так как в семейных группах взаимная агрессивность полностью отсутствует.
В нашей работе проводилось исследование особенностей поведения в парных ссаживаниях самцов и самок у трех форм домовых мышей: М. spicilegus, М. musculus и синантропных домовых мышей из зоны гибридизации Закавказья с целью выявления возможной роли поведенческих взаимодействий как механизмов прекопуляционной изоляции. При этом в отличие от предыдущих работ, продолжительность опыта в наших экспериментах была существенно больше - 1.5 часа. Это позволило провести более точный и информативный анализ поведения потенциальных половых партнеров.
