Назовите это инстинктом, но что-то заставляет некоторых животных вести себя определенным образом, возможно, это программы в их генах. Исследователи напрямую связали активность генов с инстинктивным поведением маленьких рыбок-самцов, которые рисуют узоры на песке, чтобы привлечь своих партнеров.
Ученые из Технологического института Джорджии и Стэнфордского университета, которые руководили новым исследованием, надеются в будущем выяснить, действительно ли некоторые виды поведения являются генетическими программами. Если они переключаются с помощью генной регуляции, чтобы активировать нейронные паттерны, создавая поведение.
«Мы еще не достигли этого, но мы начинаем разбираться в паттернах регуляции генов, которые управляют нейронными паттернами», - сказал Тодд Стрилман, профессор Школы биологических наук Технологического института Джорджии, а также ее председатель.. «Мы смогли увидеть четкую связь между экспрессией генов и поведением».
Лучшее понимание аутизма
Исследование также может когда-нибудь способствовать лучшему пониманию аутизма, потому что гены, отвечающие за поведение рыб, имеют своих двоюродных братьев и сестер у человека, которые связаны с расстройством аутистического спектра. А некоторые типичные для аутистов модели поведения, такие как «складывание», когда ребенок компульсивно выстраивает предметы в аккуратные ряды или башни, имеют параллели с тем, как рыбы, цихлиды, постоянно накапливают песок, образуя симметричные фигуры.
Но пока исследователи изучают самцов цихлид, которые пытаются привлечь себе пару на озере Малави в Африке. В своем исследовании они обнаружили, что регуляция определенных генов и возникновение связанного с ними повторяющегося поведения идут рука об руку, что является новым открытием.
Они опубликовали свои результаты в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Исследование финансировалось Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта, Национальным институтом старения и Национальным институтом общей медицины, которые входят в состав Национального института здоровья.
Кроме того, мало что известно о том, как гены, лежащие в основе поведения, развиваются с течением времени, и исследователи обнаружили признаки того, что их эволюция может быть сосредоточена вокруг регуляции генов в ответ на то, что происходит в окружающей среде животного. У самцов цихлид генная регуляция и поведение запускаются, когда появляются самки, готовые к спариванию.
Копай мой замок
Начнем с поведения, затем перейдем к активности генов.
Цихлиды-мальчики строят из песка всякие штуки, чтобы произвести впечатление на рыбок-девочек, готовых к спариванию. Большинство видов цихлид строят яму или кратер, что, по-видимому, является эволюционно более старым и устоявшимся поведением, а другие виды строят замок, что широко признано как более новое эволюционное развитие.
И ямы, и замки известны как «беседки» и требуют, чтобы рыба плавала по одному и тому же кругу, зачерпывая песок в одном месте и выплевывая его в другом.
Разница в том, что строители ям зачерпывают песок изнутри круга, в котором они плавают, и выбрасывают его снаружи. Это оставляет дыру в середине беседки с приподнятым краем вокруг нее, что делает ее похожей на кратер.
Строители замков зачерпывают песок снаружи круга и помещают его внутрь, что создает приподнятую структуру в середине беседки, напоминающую вулкан.
Заводит его
«Переключение происходит, как только самки становятся репродуктивно активными. Внезапно самцы начинают тысячи раз черпать и плевать, чтобы построить свою структуру», - сказал Закари Джонсон, научный сотрудник лаборатории Стрилмана. Джонсон был соавтором нового исследования; Стрилман, главный исследователь.
Зачерпывание и выплевывание настолько непрестанны, что двухдюймовая рыба сгребает структуры шириной два фута: беседки-ямы для одних видов, беседки-замки для других. Разница служит привлечению правильного партнера.
"Разные виды устраивают свои ямы и замки на общей территории, поэтому строения должны быть очень специфичными, чтобы подходящие женские виды могли видеть: "Это тот парень, который мне нужен" по сравнению с другими парнями из других виды, которые строят другие вещи. И затем она должна выбрать конкретного парня, которого она хочет, из своего вида», - сказал Чинар Патил, один из первых авторов исследования и дипломированный научный сотрудник в лаборатории Стрилмана.
Кроссбридинг цихлид
Чтобы наблюдать за генами, связанными с любым из этих видов поведения при строительстве, исследователи скрестили виды, строящие ямы, с видами, строящими замки, чтобы получить гибридных цихлид, которые имеют оба набора генов. Эти гибриды преподнесли счастливый сюрприз.
Рыбка-гибрид последовательно выполняла оба действия: сначала делала яму, затем делала замок, всегда в таком порядке.
"Это потрясающе", сказал Джонсон. «Вы можете ожидать, что гибридное поведение будет смешанным или примет какую-то промежуточную форму. Вместо этого они демонстрируют одно видовое поведение, а затем переходят к другому видоспецифичному поведению».
Усиление генов Бауэра
Это полезно для исследования, потому что гибриды имеют одну полную копию генов от родителя-ямы и одну от родителя-замка. Четко разделенные типы поведения позволили сопоставить каждое поведение с повышенной и пониженной активацией любого набора генов в мозгу рыбы.
Исследователи из Технологического института Джорджии и Стэнфорда смогли четко сопоставить активацию гена ямы с поведенческим режимом ямы, а также активацию гена замка с поведенческим режимом замка.
«Многие гены в копии ямки активизировались, пока рыба находилась в режиме создания ям, а копия замка активизировалась во время режима создания замка», - сказал Патил. Гены и поведение «включались» и «настраивались» в тандеме.
Разница в экспрессии генов ям и замков заключалась не столько в абсолютном щелчке-щелканье-включении-выключении, сколько в медленном опускании одного набора рычагов на аудиомикшере и настройке другого набора на доминирующий уровень.
Эволюция геноповедения
Это открытие стало большим достижением исследования. Это звучит почти так, как будто гены непосредственно создают поведение, но это еще не подтверждено и, возможно, является темой будущих исследований.
Затем пришло понимание генетической эволюции, связанной с эволюцией поведения:
Ямные и замковые виды имеют очень похожие геномы. Когда команда секвенировала ДНК видов ям и замков, оказалось, что эволюционные различия заключаются в регуляторных генах, и многие из них были одними и теми же регуляторными генами, которые включаются и настраиваются на специфическое поведение при строительстве беседки, которое происходит в контексте спаривания.