Badanie niewiernych norników wiąże geny z mózgiem i z zachowaniem

Teraz Steven Phelpsz University of Texas w Austin pokazał, że te różnice w zachowaniu są związane z różnicami w genach norników. Samce mogą odziedziczyć warianty danego genu, który wpływa na części mózgu biorące udział w zapamiętywaniu miejsc. Jeśli mają wariant, który daje gorszą pamięć przestrzenną, gorzej zapamiętują miejsca spotkań i są bardziej skłonne do wychodzenia ze swoich terytoriów, spotykania innych samic i posiadania pozanorkowych młodych.

Badanie Phelpsa robi to, co robi niewielu innych: snuje nić, która łączy genetykę, neuronaukę, psychologię i biologię ewolucyjną. Pokazuje, jak kilka różnic w DNA może zmienić cząsteczki w mózgu zwierzęcia, radykalnie zmieniając jego zachowanie społeczne w sposób, który wpływa na jego sukces w spłodzeniu kolejnego pokolenia. Jest to brawurowa praca.

Naukowcy badali życie społeczne norników preriowych od 1971 r., kiedy Lowell Getz pierwszy odkrył ich długotrwałe związki. Razem z neurobiologiem Sue Carter pokazał, że te więzi zależą od dwóch spokrewnionych hormonów, oksytocyny i wazopresyny, które odgrywają rolę w wielu rodzajach zachowań społecznych.

Skoncentrujmy się na wazopresynie. Działa przez przycumowywanie do białka zwanego receptorem wazopresyny, jak klucz wchodzący w zamek. Receptor jest zasadniczy. Monogamiczne norniki preriowe mają ich wyższe poziomy niż ich prowadzący bogate życie seksualne krewni, norniki łąkowe. Jeśli je zablokujesz, blokujesz także silne więzi między parami norników preriowych. Jeśli włożysz dodatkowe kopie do mózgów norników łąkowych, możesz je nawrócić na monogamię taką samą, jak u ich preriowych krewnych.

W 2003 r. Phelps i Larry Young schwytali dzikie norniki preriowe i oznakowali lokalizację receptorów wazopresyny w ich mózgach. “Zaszokowało nas to, jak różne były te mózgi. Wyglądało, jakby każde zwierzę było płatkiem śniegu – wspomina Phelps. – Pokazałem zdjęcia Tomowi Inselowi i on zaczął się śmiać. Powiedział: ‘Masz tutaj kilka gatunków. To nie mogą być wszystko norniki preriowe’. Ale genetyka potwierdziła, że to wszystko były norniki preriowe. Były tylko naprawdę zróżnicowane”.

Pięć lat później Phelps wykazał, że jedna część mózgu była szczególnie ważna – kora retrosplenialna (tylna kora obręczy) (RSC), która odgrywa rolę w pamięci przestrzennej. Jeśli samce mają mniej receptorów wazopresyny w RSA, są bardziej skłonne do wędrowania poza własne terytoria i wkraczania na obszary innych par norników.

Obecnie grupa Phelpsa, w skład której wchodziła doktorantka Mariam Okhovat, pokazała, że te zróżnicowania mózgu i zachowania są powodowane przez bardzo subtelne różnice genetyczne. Odkryli, że gen receptorów wazopresyny pojawia się w dwóch różnych wersjach, które prowadzą do  wysokiego lub niskiego poziomu receptorów w RSC mózgu. Te „wysokie” i „niskie” wersje genu odróżniają się tylko czterema mutacjami, które są dziedziczone jako stabilny kwartet.

Wszystko to składa się na niezwykle spójną całość. Masz dwie wersje genu receptora wazopresyny – „wysoką”, która tworzy więcej receptorów w RSC, i „niską”, która tworzy ich mniej. Wiemy, że wazopresyna jest uwalniana podczas zetknięć społecznych i seksualnych i że RSC odgrywa rolę w pamięci przestrzennej. Zrozumiałe więc, że poziom receptorów wazopresyny w tym krytycznym obszarze wpływa na zdolność nornika do pamiętania lokalizacji zetknięć – czy to walk z rywalami, czy związków z samicami.

Samce z “wysoką” wersją genu mają mnóstwo receptorów wazopresyny w swoich RSC. Doskonale pamiętają zetknięcia, spędzają więcej czasu w domu i są wierniejsze swoim partnerkom.

W odróżnieniu od tego samce z “niską” wersją genu mają mniej receptorów wazopresyny w swoich RSC. „Sądzimy, że mają gorszą zdolność zapamiętywania lokalizacji zetknięć społecznych, więc częściej powracają” – mówi Phelps. Częściej wchodzą na terytoria innych samców, spotykają więcej samic i mają więcej stosunków seksualnych poza ich stałym związkiem. Gorzej jednak także pilnują własnych partnerek. Ich zamiłowanie do wędrówek powoduje, że jest większe prawdopodobieństwo, iż przyprawią komuś rogi, i że im ktoś przyprawi rogi.

Krytyczne znaczenie ma to, że obie te strategie “działają”. Samce z „wysokim” genem, które zostają w domu, płodzą więcej młodych ze swoimi wybranymi partnerkami. Samce z „niskim” genem. które wędrują poza swoje królestwo, płodzą więcej młodych z innymi samicami. Obie strategie są sensowne, a ich stosunkowe zalety zależą prawdopodobnie od wielkości populacji norników preriowych. Jeśli jest w rozkwicie, pełno jest wokół samic i wędrujące samce mogą łatwo znajdować przygodne partnerki. Jeśli populacja jest mała, lepiej może powodzić się samcom, które zostają w domu. Prawdopodobnie to wyjaśnia, dlaczego dobór naturalny utrzymał obie wersje genu receptora wazopresyny.

Dla Phelpsa najsłabszym ogniwem tej historii jest związek między poziomami receptorów wazopresyny w RSC a pamięcią. „Pozostaje znak zapytania na poziomie psychologicznym: jak zmiany w mózgu powodują zmiany zachowania w terenie – mówi. – Naprawdę nie wiemy i mamy tylko podbudowane hipotezy”.

Obecnie planuje on wyłączenie tej części mózgu zanim da nornikom zadania w laboratorium i będzie obserwował ich zachowanie w środowisku naturalnym. To powie mu, jakiego rodzaju różnic behawioralnych ma szukać. Następnie ma nadzieję na zredagowania DNA norników – konkretnie tych czterech mutacji, które odróżniają „wysoką” i „niską wersję genu receptora wazopresyny – żeby zobaczyć, czy to zmieni ich zachowanie.

A study of unfaithful voles links genes to brains to behaviour

Not Exactly Rocket Science, 10 grudnia 2015

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Ed Yong