Суслик и сирийский хомяк, два грызуна, которые впадают в спячку зимой, не чувствуют холода так же, как не впадающие в спячку, такие как крысы или мыши. Исследователи из Йельского университета обнаружили, что у грызунов, впадающих в спячку, развились нейроны, чувствительные к холоду, с пониженной способностью определять температуру ниже 20 градусов по Цельсию. Эта адаптация потенциально позволяет температуре их тела падать в течение длительных периодов времени, не вызывая у них стресса из-за этих условий, тем самым вызывая их сезонный сон. Работа появится 19 декабря в журнале Cell Reports.
"Если бы эти животные почувствовали холод, они не смогли бы впасть в спячку, потому что их сенсорная система сообщила бы остальному телу, что им нужно сначала 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 Багрянцева, которые вместе составляют лаборатории сенсорной физиологии в Йельском университете, обнаружили, что суслики и сирийские хомяки независимо развили аналогичные приспособления к подавлению холода. В то время как у всех грызунов есть рецепторы на соматосенсорных нейронах, которые чувствуют холод, рецепторам этих двух животных, впадающих в спячку, требуется гораздо больше времени для активации по сравнению с рецепторами у животных, которые не впадают в спячку.
Чтобы сравнить биологию животных, впадающих в спячку и не впадающих в спячку, исследователи провели тесты на сусликах, хомяках и мышах. Они поместили грызунов на две пластины с регулируемой температурой: одну теплую (30 градусов Цельсия) и другую более холодную, меняющую температуру (от 20 до 0 градусов Цельсия). Грызуны могли перемещаться между двумя пластинами. Исследователи заметили, что мыши всегда предпочитали теплую тарелку. С другой стороны, суслики и хомяки не проявляли значительного предпочтения к теплой тарелке, если только температура холодной тарелки не приближалась к 5 градусам Цельсия.
Грачева и Багрянцев связали такое поведение с ионным каналом в нейронах этих грызунов, названным TRPM8. Активация TRPM8 приводит к ощущению холода. У сусликов и хомяков TRPM8 менее чувствителен к холоду, чем TRPM8 у мышей. У мышей наблюдалось повышение активности при снижении температуры от 30 до 10 градусов Цельсия, а у сусликов и хомяков не наблюдалось изменений даже при температуре ниже 20 градусов Цельсия. Исследователи проанализировали различия в аминокислотной последовательности молекул TRPM8 и реконструированной белки TRPM8, чтобы она снова стала чувствительной к холоду.
Это сопротивление холоду возникает не только тогда, когда суслики и хомяки впадают в спячку, но и когда они активны. Например, суслики с 13 линиями (названные так за их 13 коричневых и белых полос) могут выдерживать воздействие температуры 2 градуса Цельсия до 6-9 месяцев. Суслики, родственники бурундуков, родом из Висконсина.
Другие виды, такие как птицы, могут мигрировать, чтобы изменить окружающую среду, когда погода становится слишком холодной. С другой стороны, более мелкие млекопитающие не могут путешествовать на большие расстояния. Вместо того, чтобы менять окружающую среду, они должны адаптироваться и изменить свое тело. «Эта адаптация - прекрасный пример того, как среда может формировать свойства сенсорной системы», - говорит Грачева.
Двигаясь вперед, лаборатория Грачевой и ее коллеги изучают, как эти животные ведут себя при еще более низких температурах. Следующий шаг ее команды - изучение грызунов при температуре ниже 10 градусов по Цельсию. Они также хотят расширить свои исследования молекулярной основы чувствительности к холоду. «Этот процесс очень сложен, и TRPM8 - лишь часть механизма», - говорит Грачева.