Роль семенников в эволюции: новые данные от учёных
Два исследования под руководством учёных из Университета Индианы предоставляют новые доказательства того, что семенники могут играть ключевую роль в эволюции.
Исследования, возглавляемые Кимберли Росвалл, доцентом кафедры биологии Колледжа искусств и наук IU, показывают, что семенники (гонады) оказывают большее влияние на эволюцию, чем считалось ранее. Работа проводилась на двух подвидах темноглазого юнко — американской овсянки.
Белокрылый юнко (Junco hyemalis aikeni) обитает в горах Блэк-Хилс в Южной Дакоте. Сланцевый юнко (Junco hyemalis carolinensis) — из Аппалачских гор в Вирджинии. Первый крупнее и агрессивнее; второй — мельче и спокойнее.
Статьи опубликованы в журналах Hormones and Behavior и Integrative and Comparative Biology.
Различия в выработке тестостерона
Первая работа сравнивает подвиды по экспрессии ферментов, производящих тестостерон в гонадах. Вторая исследует, как гонады подвидов различаются в экспрессии генов рецепторов стрессового гормона, которые, как известно, снижают уровень тестостерона.
«Большинство эндокринологов скажут вам, что признаки, опосредованные тестостероном, такие как внешний вид или поведение, регулируются по принципу "сверху вниз" — мозг действует как "генеральный директор", говоря остальному телу, что делать. Но наши данные показывают, что эта модель слишком упрощена, и "рабочие" на фабрике тестостерона — гонады — могут играть важную роль в дивергенции признаков», — говорит Росвалл.
По сравнению с вирджинскими юнко, птицы из Южной Дакоты не только крупнее и агрессивнее, но и имеют более яркое оперение, включая больше белых перьев на хвосте и заметные белые полосы на крыльях. Все эти признаки находятся под влиянием тестостерона, который, как широко известно в биологии, влияет на черты, важные для естественного отбора, такие как выживание и размножение.
Механизмы на уровне гонад
Исследуя гонады двух подвидов в дикой природе и в неволе, учёные обнаружили, что у более крепких птиц из Южной Дакоты гонады просто обладают более обильным аппаратом для производства тестостерона. При стимуляции гормоном, повышающим тестостерон, эти птицы могли производить его быстрее и дольше поддерживать повышенный уровень.
«Животное, которое дольше поддерживает повышенный уровень тестостерона, должно иметь более выраженные опосредованные им характеристики», — отмечает Росвалл.
Во втором исследовании была обнаружена дополнительная причина более низкого уровня тестостерона у вирджинских юнко: семенники более мелких птиц экспрессировали более высокие уровни рецепторов стрессового гормона — известных ингибиторов выработки тестостерона.
Механизм, с помощью которого тестостерон приводит к разным признакам, включает рецепторы гормонов в мозге и теле. Когда тестостерон связывается с этими участками, это влияет на экспрессию генов, определяющих поведение, размер тела и оперение.
«На геномном уровне вы действительно можете увидеть значительную разницу между этими большими, эффектными юнко и их меньшими, менее агрессивными сородичами. Поскольку некоторые из этих различий мы наблюдали у самцов, пойманных в юном возрасте, наше исследование предполагает, что эти различия в гонадах являются генетическими или запрограммированными очень рано в жизни», — объясняет Росвалл.
Значение для эволюционной эндокринологии
Результаты важны, поскольку бросают вызов преобладающей теории о том, что различия в признаках, регулируемых гормонами между видами, в основном контролируются мозгом. Ранее команда IU изучала различные аспекты мозга и гипофиза — железы, выступающей посредником между мозгом и гонадами, и получила результаты, указывающие на различия между гонадами у самцов с высоким и низким уровнем тестостерона.
«Эти исследования идентифицируют эти различия. Это имеет реальные последствия для растущих областей эволюционной эндокринологии и экологической геномики. Будь то птицы, мыши или люди, тестостерон влияет на множество признаков в природе — признаков, которые влияют на то, кто выживет или умрёт, кто будет спариваться или нет. Наше исследование предполагает, что сама гонада является важным игроком в эволюционном процессе», — заключает Росвалл.