«Пока они процветают в тесноте своих гнезд, состав воздуха над поверхностью их нор в Восточной Африке делает их уязвимыми для приступов», – сказал Дэн Макклоски из Городского университета Нью-Йорка. "Потому что это то, что происходит, когда голый землекоп теряет углекислый газ."
Другими словами, слепыши не просто переносят высокий уровень углекислого газа в своих переполненных гнездах; похоже, что им это действительно нужно.
Когда они достигают горячей поверхности и начинают вызванную жаром гипервентиляцию на свежем воздухе, у них возникают судороги. В опубликованном исследовании ученые обнаружили, что эта любопытная потребность в углекислом газе объясняется присутствием миссенс-мутации в гене, который кодирует основной нейрональный переносчик хлорида, известный как KCC2.
К этому открытию исследователи пришли неожиданным образом. Они знали, что голые землекопы плохо контролируют температуру своего тела, а также склонны к схваткам в ответ на тепло. Макклоски и первый автор нового исследования Майкл Зайонс изучали эту предрасположенность к лихорадочным состояниям в качестве модели для индуцированных лихорадкой (фебрильных) припадков у детей.
Команда объединила усилия с Каем Кайлой и Мартином Пушкарёвым, Университет Хельсинки, Финляндия. Кайла, специалист по фебрильным припадкам, и Пушкаржев ранее обнаружили мутацию, затрагивающую KCC2 в семьях людей, предрасположенных к ним. Теперь они знают, что землекопы и те семьи с генетической предрасположенностью к фебрильным припадкам несут одни и те же генетические изменения.
«Мы знали, что это направление исследования имеет некоторую ценность, но мы не подозревали, что сходство может доходить до генетического уровня», – сказала Кайла.
«Выявление генетического полиморфизма у голого землекопа KCC2 стало неожиданностью», – добавил Пушкаржов. "Помимо небольшой группы людей, голые землекопы – единственные известные млекопитающие, у которых есть эта разновидность."
Дальнейшие исследования принесли больше сюрпризов. Когда исследователи дали голому землекопу противосудорожный препарат диазепам, он вызвал припадок, а не предотвратил его.
Хотя результат был неожиданным, он помог им осмыслить многолетние необычные поведенческие и электрофизиологические данные: голые землекопы полагались на углекислый газ, чтобы помочь им компенсировать недостатки тормозной ГАМКергической системы их мозга.
KCC2 – переносчик хлоридов: его обычная работа – контролировать количество хлоридов внутри нейронов. У типичного взрослого млекопитающего уровень хлоридов в центральных нейронах остается низким.
Когда нейротрансмиттер ГАМК связывается с нейроном, проникает хлорид и блокирует активность нейрона. Эта способность снижать нейронную активность необходима для того, чтобы многие тысячи нейронов работали вместе скоординированно и избегали перевозбуждения. У голого землекопа и людей с мутацией KCC2 не так эффективно очищает нейроны от хлоридов.
В результате этот тормозной каскад не работает.
"Мозгу голого землекопа не хватает сдержанности, необходимой млекопитающему. Вместо этого они используют углекислый газ, чтобы вернуться туда, где они должны быть », – сказал Зайонс. "Они предпочитают уровни CO2, которые вызывают панику, но их беспокоит свежий воздух.
Они взяли на себя обязательство буквально выкопать себе нишу."
Как объясняют исследователи, мозг с нарушенным торможением обычно является дефектом, как и у людей, склонных к фебрильным припадкам. Это работает для голых землекопов, потому что они полагаются на богатую углекислым газом окружающую среду, чтобы поддерживать свой мозг в пределах нормальных параметров. «Мы считаем, что они используют углекислый газ в гнездах, чтобы компенсировать свою обедненную систему ГАМК», – сказал Кайла.
Исследователи считают, что полученные данные могут дать важный ключ к разгадке того, почему голые землекопы являются одним из двух видов млекопитающих, которые развивают эусоциальность и живут вместе в очень кооперативных колониях.
"Области с низким содержанием углекислого газа могут вызывать повышенную возбудимость, чрезмерную стимуляцию или беспокойство. Их физиология мозга побуждает их вернуться в гнездо, а не отправиться в путь самостоятельно », – сказал Макклоски. Подтверждением этой идеи стало открытие исследователями того, что единственное другое эусоциальное млекопитающее, землекоп из Дамараленда, имеет несколько иную мутацию в том же месте в гене KCC2, что и голый землекоп.
Помимо понимания эволюции землекопов, результаты могут иметь значение для людей, которые являются носителями варианта KCC2, включая тех, кто склонен к фебрильным припадкам, и людей с идиопатической генерализованной эпилепсией, шизофренией или аутизмом, у которых в некоторых случаях также есть вариант , по мнению исследователей. «Характер дыхания и потребности этих людей в углекислом газе – это то, что нужно учитывать», – сказала Кайла.