Гены самцов рыб «включаются» и «настраиваются» при строительстве замков для привлечения самок
Исследователи напрямую связали активность генов с инстинктивным поведением у самцов рыб цихлид, которые создают узоры на песке для привлечения партнёрш. Учёные из Технологического института Джорджии и Стэнфордского университета надеются в будущем выяснить, являются ли некоторые модели поведения генетическими программами, которые «включаются» через регуляцию генов, активируя нейронные паттерны.
«Пока мы не достигли этой цели, но начинаем понимать паттерны регуляции генов, которые управляют нейронными паттернами. Мы смогли увидеть чёткую связь между экспрессией генов и поведением», — сказал Тодд Стрилман, профессор и заведующий Школой биологических наук Технологического института Джорджии.
Связь с пониманием аутизма
Исследование также может в будущем способствовать лучшему пониманию аутизма, поскольку гены, стоящие за поведением рыб, имеют человеческие аналоги, связанные с расстройством аутистического спектра. Некоторые типичные для аутизма поведения, например «складывание» (когда ребёнок компульсивно расставляет предметы в аккуратные ряды или башни), имеют параллели с тем, как цихлиды многократно сгребают песок, создавая симметричные структуры.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences и финансировалось Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта, Национальным институтом по проблемам старения и Национальным институтом общей медицины (все входят в состав Национальных институтов здоровья, NIH).
Поведение: строительство «беседок»
Самцы цихлид из озера Малави (Африка) строят из песка структуры для привлечения готовых к спариванию самок. Большинство видов строят яму (кратер), что считается эволюционно более древним поведением. Другие виды строют замок (вулканоподобную структуру), что считается более новым эволюционным развитием.
Обе структуры называются «беседками» и требуют от рыбы плавания по кругу, забора песка в одном месте и выплёвывания в другом:
- Строители ям забирают песок изнутри круга и откладывают его снаружи, создавая углубление в центре с приподнятым краем.
- Строители замков забирают песок снаружи круга и откладывают его внутри, создавая возвышающуюся структуру в центре.
«Переключатель включается, как только самки становятся репродуктивно активными. Внезапно самцы начинают забирать и выплёвывать песок тысячи раз, чтобы построить свою структуру», — сказал Закари Джонсон, постдокторант в лаборатории Стрилмана и соавтор исследования.
Гибриды и гены
Чтобы изучить гены, связанные с этими типами строительства, исследователи скрестили виды, строящие ямы, с видами, строящими замки, получив гибридов с обоими наборами генов. Гибридные рыбы демонстрировали оба поведения чётко и последовательно: сначала строительство ямы, затем — замка, всегда в таком порядке.
«Это удивительно. Можно было ожидать, что гибридное поведение будет хаотичным или примет промежуточную форму. Вместо этого они выполняют одно видоспецифичное поведение, а затем переходят к выполнению другого», — отметил Джонсон.
Это позволило сопоставить каждое поведение с активацией соответствующего набора генов в мозге рыб. Исследователи смогли чётко сопоставить активацию «генов ямы» с режимом строительства ямы и активацию «генов замка» с режимом строительства замка.
«Многие гены в копии от родителя-строителя ям повышали свою активность, когда рыба была в режиме строительства ямы, а копия от родителя-строителя замков повышала активность во время строительства замка», — сказал Чинар Патил, соавтор исследования. Гены и поведение «включались» и «настраивались» в тандеме.
Эволюция поведения и генов
Это открытие стало главным достижением исследования. Кроме того, появилось понимание генетической эволюции, связанной с поведенческой.
Виды, строящие ямы и замки, имеют очень похожие геномы. Когда команда секвенировала их ДНК, эволюционные различия, по-видимому, заключались в регуляторных генах. И многие из этих регуляторных генов были теми же самыми, которые «включаются» и «настраиваются» для конкретного поведения строительства «беседки» в контексте спаривания.