У зимоспящих грызунов эволюционно снижена чувствительность к холоду

Земляные белки и сирийские хомяки, два вида грызунов, впадающих в зимнюю спячку, ощущают холод не так, как незимоспящие виды, например, крысы или мыши. Исследователи из Йельского университета обнаружили, что у зимоспящих грызунов эволюционировали холодочувствительные нейроны со сниженной способностью обнаруживать температуры ниже 20 градусов Цельсия. Эта адаптация потенциально позволяет температуре их тела падать в течение длительного времени, не вызывая стресса от таких условий, что и запускает сезонную спячку. Работа опубликована 19 декабря в журнале Cell Reports.

"Если бы эти животные чувствовали холод, они не смогли бы впасть в спячку, потому что их сенсорная система сказала бы остальному телу, что сначала нужно согреться", — говорит старший автор Елена Грачева, физиолог и нейробиолог Йельского университета. "Они не смогли бы выжить как вид".

Лаборатория Грачевой в сотрудничестве с группой Святослава Багрианцева обнаружила, что земляные белки и сирийские хомяки независимо друг от друга эволюционировали сходные адаптации, подавляющие чувствительность к холоду. Хотя у всех грызунов есть рецепторы на соматосенсорных нейронах, чувствующие холод, рецепторы у этих двух зимоспящих животных требуют гораздо большего стимула для активации по сравнению с животными, которые не впадают в спячку.

Эксперимент и механизм

Для сравнения биологии животных, впадающих в спячку и не впадающих, исследователи провели тесты на земляных белках, хомяках и мышах. Грызунов помещали на две пластины с контролируемой температурой: одну теплую (30°C) и другую, более холодную, которая меняла температуру (от 20 до 0°C). Животные могли свободно перемещаться между пластинами.

• Мыши всегда сильно предпочитали теплую пластину.
• Земляные белки и хомяки, с другой стороны, не проявляли значительного предпочтения теплой пластине, если только температура холодной пластины не приближалась к 5°C.

Грачева и Багрианцев связали это поведение с ионным каналом TRPM8 в нейронах этих грызунов. Активация TRPM8 приводит к ощущению холода. У земляных белок и хомяков TRPM8 менее чувствителен к холоду, чем у мышей. У мышей активность канала возрастала при снижении температуры с 30 до 10°C, а у белок и хомяков изменений не было даже при температурах ниже 20°C. Исследователи проанализировали различия в аминокислотной последовательности молекул TRPM8 и "обратно сконструировали" беличий TRPM8, чтобы он снова стал чувствительным к холоду.

Значение адаптации

Эта устойчивость к ощущению холода проявляется не только во время спячки, но и когда белки и хомяки активны. Например, тринадцатиполосые земляные белки (названные так из-за 13 коричневых и белых полос) могут выживать при воздействии температур 2°C в течение 6–9 месяцев.

"Эта адаптация — прекрасный пример того, как окружающая среда может формировать свойства сенсорной системы", — говорит Грачева.

В то время как птицы могут мигрировать, чтобы изменить среду обитания, мелкие млекопитающие не могут преодолевать большие расстояния. Вместо изменения среды они должны адаптировать свои тела.

Дальнейшие исследования

Лаборатория Грачевой и коллеги изучают, как эти животные ведут себя при еще более низких температурах. Следующим шагом является изучение грызунов при температурах ниже 10°C. Они также хотят расширить исследование молекулярной основы холодовой чувствительности.

"Этот процесс очень сложен, и TRPM8 — лишь одна часть механизма", — отмечает Грачева.