Журналисты РИА Новости подготовили большой материал о голых землекопах. Леонид Александрович Лавренченко, руководитель териологического отряда совместной российско-эфиопской биологической экспедиции, заведующий лабораторией микроэволюции млекопитающих Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН, ответил на вопросы журналистов и рассказал, как изучают голых землекопах и что о них известно на данный момент.
Рис. 1. Заведующий лабораторией микроэволюции млекопитающих ИПЭЭ РАН д.б.н. Лавренченко Л.А.
Агент глубокого внедрения
Уже больше тридцати лет российские биологи исследуют уникальный животный мир Эфиопии. Описали более семидесяти видов фауны, из которых пятнадцать — совершенно новые для науки. Изучив обитателей лесов и гор, приступили к пустыням и полупустыням. Именно в этой природной зоне на востоке Африки — родина знаменитых голых землекопов (Heterocephalus glaber), маленьких бесшерстных грызунов, ведущих подземный образ жизни.
Они образуют колонии из десятков и сотен особей. Во главе — элита: царица, производящая на свет потомство, и два-три ее супруга. Большинство населения — рабочие, лишенные семейных радостей. Они прокладывают туннели, добывают пищу, выкармливают царских детенышей, защищают сородичей. Такая структура сообществ (эусоциальная) присуща, например, муравьям и термитам, но абсолютно не характерна для млекопитающих.
Голые землекопы роют норы конвейерным способом: передовой рабочий рыхлит почву резцами, остальные по цепочке отбрасывают ее назад. Общая длина извилистых ходов достигает нескольких километров, а площадь превышает футбольное поле.
Обнаружить эти лабиринты несложно — по холмикам свежевыброшенной почвы. Гораздо труднее понять, жилая это колония или вымершая, и поймать самих зверьков, отмечает Леонид Лавренченко, руководитель териологического отряда совместной российско-эфиопской биологической экспедиции, заведующий лабораторией микроэволюции млекопитающих Института проблем экологии и эволюции имени А. Н. Северцова РАН.
"Мы учились отлавливать долго, — рассказывает ученый. — Придумали специальные живоловки. Клали туда их любимое лакомство — свежеразрезанный батат. По вкусу напоминает мороженую картошку. А позже местные жители показали, как ловить практически руками голыми. Они часто так развлекаются. Нужно просто сесть возле свежего холмика и издавать определенные звуки — причудливое сочетание причмокиваний и свистов. Зверек сам придет. Я не поверил, но мы попробовали — работает!"
Рис.2 Свежие выбросы голого землекопа.
Эволюционная развилка
Голые землекопы не просто живут в десять раз дольше других грызунов, но и не стареют. У них нет внешних возрастных признаков, а пожилые особи умирают не чаще молодых. Кроме того, они на редкость устойчивы к онкологическим и сердечно-сосудистым заболеваниям. А репродуктивность царицы с годами не снижается.
"Живут дольше тридцати лет. Это удивительно. Как если бы мы с вами жили восемь веков. Кроме того, этот зверек, судя по всему, не чувствует боли от термических и химических ожогов, крайне устойчив к высоким концентрациям углекислого газа. Им даже вода не нужна. Питаются клубнями растений, выедая их изнутри", — говорит Лавренченко.
Генетические исследования показывают, что голый землекоп отделился от мышей и крыс 75 миллионов лет назад, от других представителей семейства землекоповых — около 30 миллионов. По словам биолога, полупустыни Африканского Рога — один из древнейших и климатически наиболее стабильных ландшафтных регионов континента. То есть у вида была возможность спокойно эволюционировать в устойчивом климате и глубине подземных нор, надежно защищающих от врагов. Так голый землекоп постепенно приобрел уникальные свойства. Важную роль сыграло и питание гигантскими подземными клубнями пиренаканты мальволистной, обеспечивающей кормом даже огромные колонии грызунов.
Их геном расшифровали десять лет назад в надежде установить причины долголетия и устойчивости к раку. Кое-что действительно выяснили, но для полноты картины нужно изучить полное генетическое разнообразие вида. Это поможет выявить конкретные мутации, отвечающие за уникальные свойства, и очень поможет биомедицине.
"Родоначальники лабораторных колоний в исследовательских организациях разных стран происходят из одного места в Южной Кении. Но ареал вида достаточно большой, и возникает вопрос: насколько уникальность характерна для всех голых землекопов?" — замечает Леонид Лавренченко.
Недавно российские ученые первыми в мире рассмотрели эволюцию голых землекопов по всей территории их обитания и выделили две заметно отличающиеся линии: одна — в восточной части ареала, другая — в южной (именно ее изучают в лабораториях).
"Наша работа выполнена на основе анализа восьми генов: двух митохондриальных и шести ядерных. Дело в том, что для установления степени дивергенции между различными линиями необходимо использовать произвольный набор достаточно большого числа генов", — поясняет Лавренченко.
Следующий шаг — сравнить полные геномы восточной и южной эволюционных линий. Тогда будет ясно, подвиды это или два разных вида.
Рис.3 Отловленный голый землекоп.
Смертельные стычки
"У нас в лаборатории примерно двести голых землекопов. Десять колоний, в каждой — своя царица-долгожитель. Когда она слабеет перед родами, а это происходит каждые три-четыре месяца, начинаются интриги. Другая самка чувствует, что пробил ее час, и пытается совершить переворот", — рассказывает Вера Горбунова из Рочестерского университета (США), специалист в области геронтологии.
Самцы-осеменители обычно хранят верность царице, поэтому претендентке приходится искать себе другого супруга. Разгорается гражданская война.
"В этих битвах погибает очень много животных. В природе может быть три исхода: либо убивают царицу, либо ее соперницу, либо она уходит и создает новую колонию. Мы в лаборатории предпочитаем третий вариант. Если видим, что назревает переворот, сразу же отсаживаем смутьянов, чтобы они основали собственное царство", — продолжает собеседница РИА Новости.
У голых землекопов больше шансов погибнуть в драке с себе подобными или от несчастного случая, чем умереть от старости или быть съеденным. От врагов в природе они надежно укрыты. Вероятно, этим объясняется их долголетие.
"В принципе, продолжительность жизни определяется эволюционной целесообразностью. Например, для полевой мыши совершенно бесполезно жить сто лет, потому что ее все равно лиса съест в первые два года. Этому виду грызунов нет никакого смысла вырабатывать механизмы долголетия, вкладывать в это энергию. А теперь представим себе остров, где лис нет вообще. Через миллионы лет естественного отбора будут преобладать мыши, которые живут долго. С голыми землекопами похожая ситуация: они обитают под землей и защищены от врагов. У них такое исключительное здоровье, потому что для них это оправданно", — заключает геронтолог.
Рис.4 Гигантский клубень пиренаканты мальволистной (Pyrenacantha malvifolia) – основной источник питания голого землекопа.
Пока стучат часы
Ученые уже достаточно хорошо понимают молекулярные механизмы, которые делают голых землекопов особенными. Научная группа Горбуновой обнаружила в коже и других соединительных тканях этих грызунов очень высокое содержание гиалуроновой кислоты, защищающей от рака и, возможно, других болезней. Кроме того, выяснилось, что у них очень аккуратный синтез белков (дефектов в 40 раз меньше, чем у мыши) и эффективная репарация поврежденной ДНК.
Это подтверждают эксперименты: когда определенные гены голого землекопа пересадили мышам, они стали жить на десять процентов дольше и реже болеть.
Свежая научная работа посвящена попытке определить скорость старения голого землекопа. За внешними и внутренними физиологическими признаками стоит изменение ДНК, сбои в функционировании отдельных ее участков, нарушение формы укладки молекулы. Но не только. Со временем в организме происходит метилирование — присоединение метильной группы к цитозину, одному из нуклеотидов в составе ДНК. Отслеживание метильных меток позволяет установить биологический возраст. Ученые называют это эпигенетическими часами.
"Многие коллеги думали, что, может быть, у голого землекопа эти часы вообще не тикают, ведь вероятность смерти у них не повышается с возрастом", — обрисовывает проблему Вера Горбунова.
Оказалось, что эпигенетическое старение у голых землекопов все же есть, хотя и очень медленное. Причем царицы старятся медленнее всех в колонии.
"Царица может родить 20 детенышей за раз, это очень большая нагрузка для организма. Одна самка за 12 лет произвела на свет больше 900 детенышей. Такая повышенная репродуктивная функция должна ускорять старение, а у голого землекопа все наоборот. Это парадокс", — подчеркивает исследовательница.
У других животных эпигенетическое старение идет рука об руку с физиологическим, вызывая внешние изменения, возрастные патологии. У голых землекопов эти два процесса разделены.
"ДНК уложена внутри ядра клетки в определенном порядке: одни гены открыты и активно работают, другие закрыты. Эпигенетическое старение означает, что с возрастом этот порядок нарушается, в результате клетка функционирует хуже. У голого землекопа мы тоже видим изменения в метилировании, и тем не менее клетки все равно хорошо работают. Возможно, укладка ДНК меняется меньше. Честно говоря, сложно сказать, как они этого добиваются", — признается биолог.
Одно из предположений — этот вид грызунов научился противостоять некоторым факторам эпигенетического старения. Ранее Вера Горбунова с коллегами показала, что клетки голого землекопа в гораздо меньшей степени, чем человеческие или мышиные, реагируют на радиацию и канцерогенные белки. ДНК, конечно, повреждается, но не столь сильно, как у других млекопитающих.
Эликсир вечной молодости
Голый землекоп — не единственный долгожитель среди животных. Например, дикобраз живет 20 лет. Это выгодно с эволюционной точки зрения, потому что от врагов его защищают иголки. Летучие мыши — 40. Их изучают в основном в дикой природе, и еще предстоят подробные лабораторные исследования.
Но настоящие мафусаилы среди млекопитающих — гренландские киты. Их возраст (есть данные, что доходит до двухсот лет) определяют по хрусталику глаза — прекрасному биологическому хронометру. По словам Веры Горбуновой, такой эволюционный результат получился в том числе из-за того, что до китобоев у них почти не было врагов.
У китов, как и у голых землекопов, редко находят рак. Эти морские гиганты вообще мало болеют. Но молекулярные механизмы этого явления еще предстоит изучить.
Раскрыв тайну исключительного здоровья голых землекопов, китов и других долгожителей, ученые надеются помочь и человеку. К примеру, гиалуроновой кислотой давно лечат суставы, раны. Теперь, когда узнали, что у голого землекопа в клетках находятся ее высокомолекулярные формы, можно разрабатывать новые методы терапии.
Исследователи определили молекулы, которые замедляют распад гиалуроновой кислоты в тканях. В перспективе это поможет создать лекарство от старости. Усовершенствовать синтез белков у человека будет гораздо сложнее, но и на этот счет уже есть кое-какие соображения.