Мозг землероек для экономии энергии уменьшается на зиму

Генетика 7 декабря 2020 г., 5:19
Мозг землероек для экономии энергии уменьшается на зиму

Сайкат Рей изучает этрусскую землеройку (Suncus etruscus), одного из самых маленьких наземных млекопитающих, размером с большой палец человека и не тяжелее пары скрепок. Чтобы иметь достаточно энергии для выживания, она должна есть в восемь или более раз больше своего веса, поэтому зверёк не впадает в спячку. Вместо этого, согласно исследованию, опубликованному 30 ноября в PNAS, зимой эти землеройки теряют 28 процентов объема своей соматосенсорной коры, что, вероятно, помогает им сохранять энергию.

"Это феномен, когда животное, не впадающее в спячку, реализует стратегию энергосбережения за счет уменьшения объема мозга", - говорит Кристин Шварц, нейробиолог, изучающая спячку в Университете Висконсина в Ла-Кросс и не принимавшая участия в работе.

Ранее ученые показали, что краснозубые землеройки, принадлежащие к группе, отдельной от этрусских землероек, рождаются и вырастают до размера взрослой особи за одно лето. Затем осенью они начинают сокращаться во всем - по длине позвоночника, черепа, мозга, костей, таких органов, как печень, и веса тела - зимой достигают наименьшего размера.
Примерно в феврале они снова начинают расти и достигают пика второго размера по мере половозрелости весной. Затем они размножаются всего один раз и вскоре после этого умирают. Этот цикл известен как феномен Денеля.

Когда Сайкат Рей был аспирантом лаборатории Михаэля Брехта в Центре вычислительной нейробиологии им. Бернштейна в Берлине, ему было любопытно узнать, существует ли феномен Денеля и у белозубых землероек, подсемейства этрусских землероек.
"У них уже была колония этрусских землероек в лаборатории, с которыми легко работать, потому что крошечный мозг этих животных является удобной моделью для одновременного изучения нескольких отделов мозга", - говорит Рэй, который сейчас работает постдоком в лаборатории Нахума Улановского в Институте Вейцмана в Израиле.

Начиная с лета, исследователи неоднократно проводили МРТ мозга десяти землероек каждый сезон в течение года. Они обнаружили, что объем мозга снижается зимой, несмотря на то, что животные находятся в постоянном 12-часовом цикле "свет-темнота", при постоянной температуре и неограниченном доступе к пище. Когда учёные ограничили корм летом у разных землероек, они увидели уменьшение толщины мозга. Это указывает на то, что это явление зависит как от внутренних сигналов, связанных с их возрастом или течением времени, так и от внешних влияний, например, доступность пищи.

Используя другую группу животных, команда Рэя определила сокращение соматосенсорной коры мозга - той области, которая получает сенсорные сигналы от усов животных, которые используют на охоте. Ширина одного слоя соматосенсорной коры зимой уменьшилась на 28 процентов, а следующим летом увеличилась на 29 процентов. Число нейронов также увеличивалось на 42 процента на этом уровне коры от зимы к лету.

Мозг землеройки зимой и летом

Наложение коры мозга землеройки, зимой (синий) и летом (жёлтый), указывает на больший объём летом.

Самая удивительная часть этого открытия, по словам Рэя, заключается в том, что эффект сокращения мозга происходят только в определенных областях, а не по всему объёму мозга.
Эти физические изменения также отражаются и на изменениях функций мозга, в соматосенсорной коре исследователи классифицировали три группы нейронов: активированные, подавленные и не подверженные воздействию усов.
Подавленные нейроны весной и летом вдвое активнее, чем осенью и зимой. Это изменение активности может помочь животным экономить энергию, как предполагают авторы статьи.

По словам Рэя, еще одна область для будущих исследований - это то, как происходит восстановление числа нейронов весной и летом. "Кажется, что нейроны возвращаются, но как именно это происходит, сложно ответить" - говорит он. "Неясно, рождаются ли новые нейроны или есть другие типы клеток, которые превращаются в нейроны".

"Нейрогенез у взрослых - явление редкое и встречается не так часто", - говорит Дина Дехманн, поведенческий эколог из Института поведения животных им. Макса Планка в Германии. - "Насколько нам известно, эффект сжатия мозга у млекопитающих ограничивается гиппокампом и, в частности, обонятельной луковицей. Если кто-то объяснит, как в нейронах происходят огромные изменения(увеличивается количество нейронов в коре головного мозга у млекопитающего), то это будет еще одно удивительное открытие. Изучение того, как животные производят новые клетки в головном мозге, имеет множество потенциальных применений".

"Мы видим сокращение мозга, потерю клеток и это часто связано с неблагоприятными условиями", - соглашается Шварц. - "Но тот факт, что землеройки проходят через уменьшение объема мозга, а затем они приходят в норму и восстанавливают эту потерю, - это удивительная способность, которая открывает новые возможности в исследовании строения мозга".




Станьте первым!



pangenes.ru © 2021
Яндекс.Метрика