Самцы мышей запрограммированы на распознавание пола сородичей

Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета выяснили, что самец мыши определяет пол незнакомой особи благодаря врождённой физиологии мозга, а не предыдущему опыту.

Самки мышей также быстро определяют половую принадлежность незнакомца. Однако нейронные цепи в их мозге, отвечающие за эти решения, ещё предстоит обнаружить.

"Удивительно, но распознавание половой принадлежности незнакомца у самцов и самок мышей работает совершенно по-разному", — заявил Нирао Шах, доктор философии, профессор психиатрии, поведенческих наук и нейробиологии.

Результаты, описанные в исследовании, опубликованном 31 января в журнале Cell, дополняют небольшой, но растущий список мозговых цепей млекопитающих, которые, как известно, работают по-разному у самцов и самок. Они проливают свет на давние дебаты о вкладе врождённых предрасположенностей и социально приобретённого опыта в формирование полоспецифичного поведения.

Старший автор исследования — Нирао Шах. Ведущий автор — доктор философии, постдокторант Дэниел Бэйлесс.

"Наши выводы показывают, что самцам, по крайней мере, не нужен предшествующий сексуальный опыт для быстрого и надёжного принятия решений о приближении к незнакомцам", — сказал Шах.

Это имеет эволюционный смысл. За свою жизнь самец дикой мыши может получить лишь несколько шансов на размножение, что повышает преимущество способности быстро и без предварительного обучения правильно определять пол новичка. Если эта способность запрограммирована изначально, даже неопытный в половом отношении самец может быстро отличить самцов от самок своего вида.

По словам Шаха, эти выводы, вероятно, применимы и к людям, поскольку мы разделяем с мышами большую часть той же врождённой мозговой цепи, которую они используют для распознавания пола незнакомца, а исследования этой цепи у людей указывают на значительные структурные и физиологические различия между мужчинами и женщинами.

"Все социальные и сексуальные взаимодействия основаны на первоначальном правильном определении пола другого индивидуума. Это фундаментальное решение, которое принимают животные", — отметил Шах.

До этого исследования было совершенно неизвестно, где и как млекопитающие принимают такие решения. Но у учёных были некоторые идеи, с чего начать поиски.

Незаменимое подмножество нейронов

Многочисленные ткани, чувствительные к половым гормонам, производят ароматазу — фермент, превращающий андрогены в эстрогены (активную форму этих гормонов внутри многих клеток). Ароматаза обнаруживается примерно в полутора десятках областей мозга мыши, которые Шах и его коллеги идентифицировали десять лет назад. Некоторые из этих областей различаются по анатомии, физиологии и управляемому поведению в зависимости от того, принадлежит ли мозг самцу или самке.

Одна из таких областей — ядро терминальной полоски. Эта структура в два раза больше и плотнее заселена нейронами у мужчин, чем у женщин. Исследования на людях выявили разные паттерны уровней активации генов в ядре терминальной полоски у мужчин и женщин — надёжный признак того, что функция этой структуры различается в зависимости от пола.

Крошечная доля нейронов этой структуры, называемые AB-нейронами, производит ароматазу. Именно эти клетки, около 1000 с каждой стороны 75-миллионного мозга мыши, команда Шаха связала с распознаванием пола. "До этого исследования AB-нейроны были в основном неисследованной территорией. Их было особенно трудно изучать, потому что они перемешаны с другими, внешне идентичными нейронами", — сказал он.

Но группа Шаха разработала инструменты, позволяющие как отслеживать сигнальную активность AB-нейронов у свободно движущихся мышей, так и дистанционно стимулировать или подавлять активность только этих нейронов.

Они использовали эти инструменты для изучения и манипулирования AB-нейронами самцов мышей, которые никогда не контактировали с самками, кроме матерей и сестёр в первые недели жизни. Сразу после отлучения от груди (и задолго до полового созревания) их переводили в клетки только с самцами, а затем, за несколько дней до экспериментов, — в индивидуальное жильё.

Давно известно, что самец мыши на своей территории, независимо от наличия сексуального опыта, предсказуемо реагирует на появление другой мыши. Эта реакция зависит от пола незнакомца, пояснил Шах. "Если это самка, резидентный самец попытается ухаживать за ней. Если это самец, он начнёт драку".

Врождённые различия

Как и ожидалось, когда исследователи подсаживали самку в среду обитания наивного самца, проходило не более нескольких минут обнюхивания и исследования, прежде чем он пытался спариться с ней. Когда они подсаживали другого самца, резидентный самец атаковал, что также было ожидаемо. В обоих случаях учёные наблюдали ранний всплеск активности AB-нейронов у резидентного самца. Но этот рост был намного больше, когда незнакомцем была самка. Во время полового поведения, следующего за распознаванием самки, эти нейроны возбуждались ещё сильнее. Напротив, их активность снижалась во время последующих драк с самцом.

Даже кастрация самца не повлияла на способность AB-нейронов различать два пола, что дополнительно подтверждает идею о том, что эта способность является врождённой.

Когда исследователи экспериментально подавляли активность AB-нейронов во время встречи резидентного самца с незнакомцем любого пола, он превращался в своего рода "слабого" из-за подавленной способности распознавать пол. "Он не дрался с самцами и не спаривался с самками", — сказал Шах.

И наоборот, когда учёные стимулировали активность AB-нейронов резидентного самца, имитируя то, что происходит при встрече с самкой, резидент обманывался, думая, что приближающийся к нему самец — это самка. В результате он пытался спариться с приближающимся самцом.

AB-нейроны самок мышей несколько реагировали на появление незнакомой мыши любого пола, но не показывали особой разницы в активности, был ли незнакомец самцом или самкой. Даже экспериментальные манипуляции, устраняющие AB-нейроны у самок, не оказывали очевидного влияния на их социальное поведение.

"Роль этих нервных клеток в женском мозге загадочна. Похоже, самки используют другую нейронную систему для распознавания пола других особей. Что это за система, пока остаётся загадкой", — сказал Шах. Он заявил, что намерен это выяснить.