Специфика содержания голых землекопов (Heterocephalus glaber) в лабораторных условиях

Введение

Голый землекоп (Heterocephalus glaber) — грызун, проживающий в засушливых районах Африканского Рога, является очень интересным объектом для изучения процессов старения, так как продолжительность жизни этого животного не укладывается на восходящую прямую «продолжительность жизни — масса организма» наряду с человеком. Действительно, этот грызун массой тела от 20 до 80 г способен прожить до 37 лет, при этом проявляя устойчивость к широкому спектру старческих заболеваний [1, 2]. Как было показано в наших исследованиях, интересной особенностью его организма является неотения, то есть сохранность ювенильных черт в зрелом возрасте. Действительно, некоторые ткани и органы голых землекопов представлены в недоразвитом состоянии или работают в режиме, характерном для новорожденных мелких грызунов [1, 3]. Голые землекопы живут колониями и формируют эусоциальную среду, в которой только одна самка (называемая в литературе «королева» — по аналогии с общественными насекомыми) с некоторыми самцами может давать потомство, в то время как остальные особи являются рабочими, представляя различные касты. У группы рабочих особей определяется высокий уровень пролактина [4, 5] и низкий уровень половых гормонов [6, 7], что подавляет полноценное развитие репродуктивной системы. Так, у самок рабочих каст отсутствует эстральный цикл, слабо развиты яичники, матка меньшего размера, у самцов недоразвитые семенники, в которых происходит сперматогенез, однако сперматозоиды неподвижны [8]. Гиперпролактинемия среди рабочих особей также рассматривается как фактор, опосредующий кооперативную компоненту. Данная эусоциальная структура существования в суровых климатических условиях позволяет поддерживать оптимальную численность популяции и избегать инбридинга [9–11].

Условия содержания

В естественной среде голые землекопы обитают в системе нор, состоящей из множества камер, соединенных между собой серией тоннелей по принципу лабиринта. Эта особенность учитывается и при проектировании систем содержания в лабораторных условиях (рис. 1). Количество камер в лабиринте должно коррелировать с численностью животных, так как перенаселенность может привести к снижению фертильности «королевы». При этом, несмотря на размер лабиринта и количество камер, в нем должны быть организованы гнездо, туалетный и кормовой отсеки, обнаруживаемые в норах в дикой природе. Ключевой деталью, которую следует учитывать при выборе материалов при проектировании системы содержания, является врожденное стремление вида расширять свою систему нор, то есть лабиринт должен быть изготовлен из достаточно прочного материала, например, из плексигласа, чтобы животные не могли его прогрызть [9, 12, 13].

Голые землекопы не способны эффективно стабилизировать температуру своего тела, отличную от температуры окружающей среды, поэтому в выбранном помещении необходимо поддерживать температуру в узком диапазоне 27–29 °С, соответствующем их термотолерантной зоне. В случае нарушения температурного режима у животных наблюдаются ожирение, пролапс ануса, снижение фертильности и ухудшение общего состояния вплоть до летального исхода [9, 12, 13].

В связи с необходимостью имитации естественного подземного образа жизни в лабораторных условиях следует поддерживать влажность воздуха в пределах 50%, в противном случае могут развиваться грибковые поражения при переувлажнении или повреждение кожных покровов и хвоста при пересыхании [9, 12, 13].

Основной рацион голых землекопов составляют корнеплоды при полном отсутствии свободной воды (рис. 2а). Для предотвращения малокклюзии животным необходимо предоставлять твердый комбикорм и/⁠или специализированные минеральные камни для стачивания зубов (рис. 2б) [9, 12, 13].

Экспериментальные наблюдения нашей исследовательской группы продемонстрировали, что у голых землекопов прослеживается циркадная ритмика двигательной активности с постепенным снижением в течение ночи и подъемом днем, сохранявшаяся как при световом режиме (12 ч — день, 12 ч — ночь), так и при содержании в полной темноте. Полученные результаты позволяют заключить, что для благополучного состояния голых землекопов подходит стандартный световой режим 12/⁠12 содержания лабораторных грызунов, несмотря на их подземную природу существования [14].

Структура колонии

Как уже упоминалось выше, животные в эусоциальной колонии формируют различные касты. Разделение на касты условно — нет четких морфологических, физиологических, генетических признаков. Определение структуры колонии также осложняется тем, что животное в течение жизни способно менять свой статус. Обнаружение критериев разделения на касты и определение структуры колоний — очень важные аспекты исследования долгожительства голых землекопов. Сегодня на основании специфики поведения, размера животных и способности к размножению выделяют касты так называемых «рабочих», «нянек», «солдат», «разведчиков-основателей» и «королевы» с «мужьями» [9, 12, 13].

«Королева» является единственной размножающейся самкой, при этом ее фертильность не снижается с возрастом (рис. 3). Одним из интересных фактов считается ее способность подавлять половое развитие неразмножающихся особей своим агрессивным поведением в большей степени, чем за счет феромонов, из‑за слаборазвитого у голых землекопов вомероназального органа [7, 15]. К размножающейся касте относятся и «самцы-мужья», их количество варьирует от 1 до 3 [9], однако недавние исследования анализа родства на основе микросателлитной ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) показали полную моногамию по крайней мере в лабораторных условиях [16]. Они считаются более агрессивными по сравнению с неразмножающимися особями, но менее, чем «королева». Было замечено, что при своем становлении размножающиеся самцы меняют конституцию тела, становясь более астеничными. Интересным наблюдением стала прямая корреляция между высоким статусом особей в колонии, продолжительностью жизни и размером селезенки, ответственной за протекторные свойства организма [17].

Неразмножающиеся рабочие особи выполняют задачи по расширению тоннелей и поиску еды, среди них в касту «нянек» выделяют самых мелких и спокойных животных, им отводится роль заботы о потомстве, так как «королева» задействована только в процессе грудного вскармливания. «Солдатами» становятся самые крупные и агрессивные среди неразмножающихся особей, они первыми появляются на месте вторжения в колонию, сигнализируют об опасности и атакуют хищников [9, 12, 13].

«Разведчики-распространители» — малочисленная обособленная группа крупных особей, способных покидать подземные тоннели и перемещаться по поверхности на расстояния около 2 км [18] с целью обнаружения особей иных колоний голых землекопов для создания новой колонии [19]. Следовательно, эти особи должны быть готовы к изменяемым температурным условиям, не свойственной им нормоксии и нормокапнии наземных животных, иметь крупный жировой запас и способность запускать спящую репродуктивную систему [19, 20]. Именно из данной касты перспективно выделять особей для создания новой колонии в лабораторных условиях, при этом придерживаясь естественной стратегии социальной изоляции до этапа встречи с особью противоположного пола [21, 22] (рис. 4).

Определение пола у голых землекопов

У голых землекопов очень слабо выражен половой диморфизм. Только «королеву» можно отличить от других представителей колонии по перфорированному влагалищу (рис. 5б), выраженным молочным железам, а также она имеет самую большую длину тела из всех животных, так как у нее происходит растягивание поясничных позвонков на уровне L_IV–L_V во время репродуктивной активности [21]. У остальных представителей колонии, даже у размножающихся самцов, отсутствуют вторичные половые признаки.

Из характеристик, которые можно определить визуально, выделяются аногенитальное расстояние (рис. 5в) и наличие красной мембраны на месте предполагаемой вагины у самок (рис. 5а). Наши наблюдения подтверждают данные литературы о том, что аногенитальное расстояние у голых землекопов больше у самок, чем у самцов (см. рис. 5в), что является исключением, так как у всех грызунов аногенитальное расстояние больше у самцов, чем у самок. Однако измерения не продемонстрировали достоверных различий, поэтому этот метод нельзя использовать как основной способ определения пола у голых землекопов. Красная мембрана достоверно обнаруживается в области предполагаемой вагины у большинства самок голых землекопов (см. рис. 5а), тем не менее были зафиксированы исключения и спорные случаи, что может привести к ошибке идентификации пола [23].

В итоге самым надежным прижизненным методом определения пола является ПЦР-анализ (полимеразная цепная реакция) биологического материала. Проводится мультиплексный ПЦР-анализ ДНК, выделенной из кожи животного, для выявления гена DBY (163 п.о.), который специфичен для самцов, и 16S-митохондриальной рибосомальной ДНК (446 п.о.), характерной и для самцов, и для самок [24] (рис. 6).

Особенности периода беременности и лактации

С этапом создания новой семьи сложности в разведении голых землекопов не заканчиваются. По сравнению с другими мелкими лабораторными грызунами период беременности у голых землекопов длится около 70 дней, и размер помета крупнее, чем у других грызунов, и может достигать 27 щенят, однако младенческая смертность аномально высокая и может достигать более 50%. Причиной смертности могут являться отказ «королевы» кормить часть щенят, а также каннибализм со стороны взрослых особей из‑за стресса или других явлений [25, 26]. К сожалению, критерии отбора щенят в колонии пока неясны, и наша исследовательская группа работает в данном направлении. Однако мы уже выработали режим послеродового ухода за колонией, при котором смертность в раннем возрасте снизилась в разы. Он заключается в минимальном вторжении исследователей в гнездовой отсек, предоставлении минерального камня с добавлением кальция и белковой пищи, например, вареной говядины. Важно отметить, несмотря на данные о том, что фертильность «королевы» с возрастом не снижается, по нашим наблюдениям, размножение и появление новых членов могут прерываться на несколько лет.

Взятие биологических образцов для анализов

Все манипуляции по отбору образцов кожи на генетический анализ, биопсии различных тканей для научных исследований, чипированию (самый оптимальный метод маркировки голых землекопов), взятию крови у голых землекопов проводили под газовой анестезией и с использованием местных анальгетиков. Было отмечено, что голые землекопы более продолжительное время погружаются в наркоз по сравнению с мышами, это связано с особенностью их физиологии (рис. 7).

Отдельно стоит остановиться на вопросе отбора крови, так как классические методы, используемые для мелких лабораторных грызунов, не подходят для работы с голыми землекопами. В публикациях, где упоминается о заборе крови, всегда идет речь о взятии крови из латеральной подкожной вены задней лапы [5, 22]. Из хвостовой вены отбор крови у голых землекопов запрещен, так как хвост является важным органом в коммуникации и играет роль органа пространственного ориентирования в тоннелях. Взять кровь невозможно не только из лицевых вен из‑за очень развитой жевательной мускулатуры голых землекопов, но и из‑под языка тоже вследствие специфики строения ротовой полости: в нее отсутствует свободный доступ [13].

Заключение

Голые землекопы (Heterocephalus glaber) — уникальный и относительно молодой объект исследования. С каждым годом все больше выходит публикаций, посвященных этому долгоживущему грызуну. В Московском государственном университете под руководством директора НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского, профессора, академика Владимира Петровича Скулачева этот уникальный вид грызунов изучается с 2016 г. в широком формате, начиная с поведения, физиологии, генетики и заканчивая исследованием функционирования отдельных органов и органелл. Сведения, полученные при изучении особенностей природы голых землекопов, будут неоценимы и, возможно, сыграют значительную роль в развитии геронтологических исследований.