Голих землекопів утримує разом не тільки сила соціальних зв'язків, а й непереносимість свіжого повітря. Такого висновку дійшли американські вчені, вивчивши поведінку тварин у різних умовах. Судячи з усього, землекопи настільки багато часу проводили в тісноті, що звикли жити при великих концентраціях вуглекислого газу. А оскільки він працює як зовнішній антиконвульсант, їхні внутрішні механізми гальмування нервових клітин працюють гірше, ніж у інших гризунів. Ймовірно, саме тому землекопи рідко йдуть зі своєї колонії, щоб заснувати нову, - на свіжому повітрі і в теплі у них починаються судоми. Дослідження опубліковано в журналі.
Голі землекопи - одні з небагатьох відомих еусоціальних видів ссавців. Всередині їх колонії діє жорстка ієрархія, а розмноження закріплено за кількома особинами з «еліти». Проте інші тварини в колонії, позбавлені привілеїв, як правило, не прагнуть її покинути і заснувати свою. Більше того, переважну частину часу землекопи проводять, зібравшись у купи. Судячи з усього, ця поведінка необхідна для прогрівання: комфортна температура для життя землекопа - 31-34 градуси, а підземних ходах, де вони живуть, часто буває набагато холодніше: 19-28 градусів. Збираючись разом, тварини змінюють умови в одній з частин свого житла так, щоб вони ставали оптимальними для їх обміну речовин.
Однак всередині такої купи не тільки тепло, а й задушливо: падає концентрація кисню і зростає вміст вуглекислого газу (гіперкапнію). Давно відомо, що голі землекопи вміють обходитися без кисню протягом деякого часу, та й загалом їх потреби в ньому знижені. Відомо також, що у них слабкіше, ніж у інших ссавців, працює больова чутливість, тому у відповідь на духоту їх легені не починають працювати активніше. Таким чином, вони не прагнуть знизити вміст вуглекислого газу у вдихуваному повітрі, а значить, повинні мати особливі пристосування до таких умов.
Група дослідників з Нью-йоркського університету під керівництвом Дена Макклоскі (Dan McCloskey) припустила, що голі землекопи можуть відрізнятися від інших гризунів особливостями роботи своєї нервової системи. Справа в тому, що вуглекислий газ пригнічує активність нейронів ссавців і знижує їх збудженість. А якщо землекопи живуть за постійної присутності зовнішнього антиконвульсанта, то можна припустити, що їхні внутрішні механізми гальмування починають працювати гірше.
Один з таких механізмів - транспортний білок KCC2 в мембрані нейронів. Він використовує енергію клітини для того, щоб викидати іони хлору назовні з нейрона. Коли нейрон отримує гальмівний сигнал (наприклад, під дією нейромедіатора ГАМК), хлор входить назад всередину клітини і знижує її збудливість. Відповідно, чим активніше працює KCC2, тим краще клітина реагує на ГАМК і тим ефективніше виходить її загальмувати. Якщо в роботі KCC2 виникають збої, то це може призводити до гіперактивності нейронів, як буває у деяких людей з епілепсією або шизофренією.
Щоб зрозуміти, як змінюється життя голих землекопів залежно від концентрації вуглекислого газу, дослідники оснастили кожну тварину в колонії радіопередавачем і стежили за їх переміщенням. Виявилося, що землекопи в середньому проводять понад 70 відсотків часу в гніздовій кімнаті, лежачи в єдиній купі. Набагато рідше вони відвідують інші кімнати, відведені під запаси їжі і туалет. При цьому розташування гніздової кімнати за час спостереження кілька разів змінювалося, але в ній незмінно була вище всього концентрація вуглекислого газу - до 2,33 відсотка (вміст в інших кімнатах - близько 0,05 відсотків, майже як в атмосферному повітрі).
Однак з цього спостереження не випливає, що тваринам комфортно в таких умовах. Щоб це перевірити, автори роботи наповнювали вуглекислим газом інші, не гніздові кімнати, і вимірювали кількість часу, який в них проводили землекопи. Виявилося, що 2,5 відсотка вуглекислого газу (як у гніздовій кімнаті) підвищують частоту відвідувань кімнати тваринами вдвічі, а 11 відсотків - у цілих п'ять разів. Таким чином, вийшло, що голі землекопи дійсно самі прагнуть в задушливі приміщення.
Потім дослідники вивчили поведінку тварин в різних умовах: одна камера імітувала гніздову кімнату (температура 32 градуси, підвищена концентрація вуглекислого газу), інша - поверхня над норами землекопів (звичайний для земної поверхні склад повітря, температура 42 градуси). Вчені помітили, що при високій температурі тварини починали часто дихати і ставали активними приблизно на 10 хвилин. Однак у 9 з 10 тварин після припинення періоду активності почалися судоми і мимовільні рухи голови і рота. Судомну активність також добре було видно на електроенцефалограмі. Але як тільки при тій же температурі повітря замінили на гіперкапнічний, характерний для гніздової кімнати, судоми припинилися.
Далі автори роботи порівняли послідовність генів у різних ссавців. Вони виявили, що у голих землекопів в цьому гені зустрічається та ж мутація - заміна однієї амінокислоти - що і у людей, схильних до судомів. Що характерно, дослідники знайшли ще один вид гризунів з мутацією в тому ж місці - це дамарський піскорою, друге достовірно еусоціальне ссавець, яке теж живе підземними колоніями.
Дослідники пропонують наступне пояснення своїм результатам: голі землекопи обрали для себе виграшну стратегію захисту від хижаків - жити під землею. Але оскільки кисню, тепла і їжі там менше, ніж на поверхні, то вони «намагаються економити» на всіх можливих фізіологічних процесах. Щоб створити комфортну для себе температуру, вони збиваються в купи. У купах зростає концентрація вуглекислого газу, який діє як антиконвульсант. Тому тиск відбору на внутрішні механізми гальмування нейронів знижуються, і як результат виникає мутація в гені хлорного транспортера. Тепер землекопи не можуть надовго відлучитися від сородичів під загрозою судомів: як тільки вуглекислий газ закінчується, будь-яке збудження стає для них надмірним.
Ми вже багато разів писали про життя голих землекопів - наприклад, про те, що заважає старіти їхнім клітинам і яким чином цариця змушує інших самок доглядати за своїми дитинчатами. Проте виявилося, що деякі особливості цих тварин можна відтворити у мишей, просто поселивши їх у задушливу камеру.