Плохая пространственная память способствует изменам
Размер территории, по которой гуляет самец желтобрюхой полёвки, зависит от того, какой у него вариант гена вазопрессинового рецептора — «слабый» или «сильный». Всего несколько замен в последовательности этого гена резко меняют уровень его активности в областях мозга, связанных с пространственной памятью. Ученые полагают, что самцы полёвок, гуляющие по большей территории и встречающие чужих самок, просто плохо помнят, где именно им доставалось от других самцов. Поэтому они бесстрашно заходят в чужие владения и чаще изменяют своей партнерше.
Менее 5% видов млекопитающих моногамны — то есть образуют стабильные пары. К этой редкой группе относятся желтобрюхие полёвки (Microtus ochrogaster) — любимый объект ученых, исследующих социальность. Ученые выясняют, какое отличие желтобрюхих полёвок от их ближайших родственников заставляет их заводить отношения на всю жизнь.
Однако не все представители этого моногамного вида хранят супружескую верность: даже у желтобрюхих полёвок около четверти зачатий случается не с постоянным партнером. Но эти измены распределены неравномерно: некоторые животные не изменяют совсем, а другие — очень часто. Сравнивая верных и изменяющих своим партнершам особей, можно исследовать причины, по которым в популяции возникает разнообразие социального поведения. Даже если оно в общих чертах прописано на генетическом уровне (например, если в целом вид моногамный), существуют механизмы, за счет которых отдельные особи вида ведут себя по-разному.
Некоторые механизмы прочной привязанности желтобрюхих полёвок к своим парам уже открыты. Так, было показано, что этих животных резко отличает от их полигамных родственников распределение в мозге рецепторов вазопрессина (см. A. Ophir et al., 2007. Variation in neural V1aR predicts sexual fidelity and space use among male prairie voles in semi-natural settings). У желтобрюхих полёвок этих рецепторов было больше всего в вентральном паллидуме — области мозга, связанной с вознаграждением и формированием мотивации. У других полёвок такого всплеска содержания рецепторов вазопрессина в этой области мозга не наблюдалось. А еще оказалось, что, если искусственно усилить активность гена рецептора вазопрессина в вентральном паллидуме желтобрюхих полёвок или мышей, их привязанность к конкретному партнеру станет крепче: грызуны тогда предпочитают проводить больше времени со своей парой, а не с другими мышами противоположного пола.
Вазопрессин по структуре сходен с окситоцином: эти молекулы отличаются всего двумя аминокислотными остатками из девяти. Оба нейропептида влияют на социальные взаимодействия, в том числе на формирование привязанности. Укреплению социальных связей под действием окситоцина посвящены сотни научных работ, и за этим нейропептидом закрепилась репутация «гормона привязанности». Вазопрессин чуть менее известен в этой роли, однако немало работ указывают на то, что его функции во многом перекрываются с функциями родственного ему окситоцина (см. Z. Donaldson, L. Young, 2008. Oxytocin, vasopressin, and the neurogenetics of sociality). Так что неудивительно, что привязанность полёвок к своему партнеру зависела от количества рецепторов к вазопрессину и что именно через вазопрессин формировалась мотивация проводить больше времени с определенной особью и образовывать стабильную пару.
Итак, моногамный вид — желтобрюхие полёвки — отличается от полигамных родственных видов высоким содержанием рецепторов вазопрессина в области мозга, связанной с вознаграждением. А как различается мозг желтобрюхих полёвок, которые иногда изменяют своим партнершам, и тех, которые им всегда верны? Оказалось, что в мозге «ветреных» полёвок нарабатывается меньше рецепторов к вазопрессину. Но разница получалась за счет областей, связанных не с вознаграждением, а с пространственной памятью, в основном — за счет ретросплениальной коры.
Это уже было неожиданностью. Если моногамность вида связана с работой системы вознаграждения, то почему же частота измен моногамных полёвок связана с пространственной памятью? Поэтому американские ученые решили исследовать перемещения верных и ветреных самцов желтобрюхой полёвки с помощью телеметрии, надеясь найти какие-то отличия в том, как используют пространство эти две группы животных.
Оказалось, что самцы, изменяющие своим партнершам, гуляют по большей территории, чем верные, и чаще встречают чужих самок. Что характерно, самку неверного самца при этом тоже чаще посещали чужие самцы. У самцов, которые предпочитали больше гулять и меньше охранять свою партнершу, уровни рецепторов к вазопрессину в областях мозга, связанных с пространственной памятью, были понижены. При этом в регионах мозга, отвечающих за вознаграждение, у ветреных самцов было всё так же, как и у верных.
Раз в популяции моногамных полёвок существуют такие различные типы поведения, было бы интересно найти определяющие их генетические особенности. Исследователи сравнили локусы ДНК, кодирующие вазопрессиновые рецепторы, и нашли четыре вариативных позиции, позволяющие предсказать количество рецепторов вазопрессина в ретросплениальной коре (см. Retrosplenial cortex), связанной с пространственной памятью. Варианты нуклеотидов в этих четырех позициях встречались в двух комбинациях, одна из которых образовывала аллель низкого содержания рецепторов вазопрессина в ретросплениальной коре, а другая — высокого. Обе аллели не оказывали влияния на количество вазопрессиновых рецепторов в других частях мозга
Интересно, что у лабораторных животных наличие того или иного варианта гена сильнее влияло на содержание вазопрессиновых рецепторов в ретросплениальной коре, чем у диких (то есть у особей со «слабым» аллелем было рецепторов еще меньше, а с «сильным» — еще больше, чем у диких животных с такими же вариантами гена). Получается, что на этот важный признак оказывает влияние не только наследственность, но и условия жизни животного.
Чтобы понять, как именно замены в локусе вазопрессинового рецептора влияют на работу гена, ученые рассмотрели эпигенетические метки его гистонов. По меткам на этих белках, поддерживающих структуру ДНК, можно с высокой точностью предсказывать регуляторные участки, управляющие активностью генов. Например, для энхансеров — участков, усиливающих работу гена, — характерно присоединение метильных меток к четвертому остатку лизина гистона H3. Если на гистонах определенного участка ДНК таких меток много, то скорее всего он служит энхансером. По этому критерию ученые установили, что три вариативные позиции из четырех найденных располагаются в энхансерах. Четвертая вариативная позиция располагалась на участке с низкой плотностью гистонов, что характерно для частей ДНК, с которыми часто связываются регуляторные белки. Поэтому она тоже с большой вероятностью относилась к участкам, важным для управления активностью гена.
Из-за замен у одного из аллелей становилось меньше точек, к которым прикрепляются дезактивирующие метки. При этом оказалось, что у этого варианта гена меньше дезактивирующих меток не только в вариативных позициях, но и в тех участках, которые у двух аллелей не различаются. Это может происходить из-за того, что эпигенетические метки часто распространяются по ДНК волнами — одна метка привлекает модифицирующие белки, которые присоединяют такие же метки в ее окрестностях. Вероятно, определенный нуклеотид в вариативной позиции локуса вазопрессинового рецептора служит затравкой, от которой после присоединения метки на достаточно протяженные области может распространиться волна дезактивации. А поскольку вариативные позиции, с которых запускаются такие волны, находятся в регуляторных участках, эти участки наверняка отключатся, если в вариативной позиции стоит нуклеотид, позволяющий присоединить дезактивирующую метку. Так из-за замен в вариативных позициях получалось два варианта гена, в которых прописан режим их работы, и оба эти варианта были распространены в популяции.
Ученые решили оценить, какой из двух типов поведения выгоднее. Оказалось, что это зависит от обстоятельств. В целом носители двух генетических вариантов оставляли одинаковое количество потомков, но, если в популяции чаще происходили измены, отбор начинал благоприятствовать соответствующему генетическому варианту. И наоборот, если измен становилось меньше, больше потомства оставляли верные отцы. А колебания частоты измен по популяции в целом зависят прежде всего от плотности самок. Если самок вокруг много, изменять выгоднее: больше вероятность успешно обзавестись потомством не только от своей самки, но и от чужой. Если самок вокруг мало, блуждания вряд ли приведут к успеху, поэтому выгоднее оставаться со своей самкой и заодно охранять ее от других самцов. Благодаря регулярным колебанием численности самок в популяции сохраняется достаточно много и верных, и изменяющих своим парам самцов.
Остается открытым вопрос, как именно малое количество рецепторов вазопрессина в областях мозга, связанных с пространственной памятью, приводит к тому, что самец полёвки гуляет по большей территории. Меньше рецепторов в определенной области мозга означает для нее меньший шанс активироваться. Поэтому у полёвок, у которых в областях, связанных с пространственной памятью, меньше рецепторов вазопрессина, пространственная память может работать хуже. Так возникла забавная гипотеза, что самец гуляет по большим территориям, которые пересекаются с территориями других пар, потому что плохо помнит, где именно ему доставалось от других самцов. Такое бесстрашие иногда приводит к тому, что он не встречает другого самца, а встречает самку и изменяет с ней своей постоянной партнерше.