Го́лый землеко́п ( лат. Heterocephalus glaber ) — небольшой роющий грызун , единственный вид в роде Heterocephalus и семействе Heterocephalidae . Традиционно классифицировался в семействе землекоповых (Bathyergidae); в 2014 году выделен в собственное семейство из-за наличия резких морфологических отличий и древности своей эволюционной линии, разошедшейся с землекоповыми в раннем олигоцене , около 31,2 млн лет назад .

Вид отличается уникальными для млекопитающих особенностями: сложной социальной организацией — колониальностью , хладнокровностью , почти полным отсутствием шерстяного покрова , нечувствительностью к некоторым формам боли (вызванным термическими ожогами и химическими ожогами кислотами), выносливостью к высоким концентрациям CO ₂ . Изначально считалось, что особи обладают иммунитетом к раку в целом , но в феврале 2016 года американские учёные сообщили о двух зарегистрированных у голых землекопов случаях рака (несмотря на эти случаи, уровень заболеваемости раком крайне низок по сравнению с другими млекопитающими) . Живёт на порядок дольше других грызунов подобного размера (до 28 лет и даже 40 лет ). Активность репарации повреждённых оснований и нуклеотидов в клетках голого землекопа гораздо выше, чем в клетках мыши, и может быть ответственна за то, что продолжительность жизни этого грызуна достигает 40 лет (тогда как у обычной мыши — полтора года) .

Внешний вид

Мелкие грызуны с длиной тела 8—10 см, хвоста — 3—4 см и массой 30—35 граммов. Самки крупнее: весят от 50 до 80 граммов. Внешний вид свидетельствует об адаптации к подземному образу жизни. Сложение тяжёлое. Голова относительно крупная, низкая и широкая, на укороченной шее, что характерно и для других роющих грызунов (в частности, всех землекоповых и бобров ). Волосяной покров почти отсутствует. Густые волоски растут только между пальцами лап, увеличивая их поверхность, что помогает зверькам копать. Конечности короткие и тонкие. Большие выступающие зубы сзади изолированы выростами губ, благодаря чему земля во время рытья не попадает в ротовую полость. Около 25 % всей мышечной массы приходится на мышцы челюстей (у человека такая доля приходится на мышцы ног). Кожа голая и морщинистая, розовая или желтоватая.

Органы чувств

Глаза крошечные — 0,5 мм, зрение слабое. Наружные ушные раковины редуцированы, однако слух острый, о чём свидетельствует обширный репертуар звуков, издаваемых землекопами.

Обладают острым двухосновным обонянием , при котором основную обонятельную систему грызуны используют для поиска пищи, но не для отличения своих сородичей от чужих. Для последнего, по-видимому , они приспособили дополнительную обонятельную систему, включающую в себя вомероназальный орган . Индивидуальное распознавание зверьков в колонии с помощью дополнительной обонятельной системы позволяет различать статус сородича, от которого полностью зависит его образ жизни.

Также голые землекопы обладают и развитым осязанием — их морды и хвосты покрыты чувствительными вибриссами , в частности позволяющими землекопам легко двигаться по туннелям как вперёд головой, так и вперёд хвостом.

Нечувствительность к боли

• Клетки кожи голого землекопа лишены нейротрансмиттера , известного как « вещество P », который отвечает за передачу болевых импульсов в центральную нервную систему. Поэтому голые землекопы не чувствуют порезов и ожогов. Однако после инъекции данного нейротрансмиттера болевые ощущения появляются.
• Клетки кожи голого землекопа нечувствительны к кислоте даже при pH менее 3,5 .
• Кроме кислоты, кожа землекопа нечувствительна также к капсаицину , придающему жгучую остроту перцу чили .

Образ жизни

Голый землекоп обитает в сухих саваннах и полупустынях Кении , Эфиопии и Сомали . Это скрытные роющие животные, питающиеся подземными частями растений, в том числе сочными клубнями и луковицами растений. Они не пьют воду; жидкость получают вместе с пищей. Пропитание запасают в подземных кладовых . В неволе поедают разнообразные фрукты и овощи.

Голые землекопы живут подземными колониями из 70—80 особей, хотя наблюдались колонии численностью до 295 особей. Общая длина туннелей, занимаемых одной колонией, может достигать 3—5 км, а ежегодные выбросы земли при рытье могут составлять 3—4 т. Обычный диаметр туннеля — 4 см; пролегают они на глубине до 2 м, соединяя гнездовые камеры, уборные и кормовые участки. На поверхность землекопы обычно не выходят.

Туннели роют коллективно; как правило, расширяют их после дождей, когда почва становится более мягкой. Рабочая особь, идущая впереди, вгрызается резцами в твёрдую почву, которая затем отгребается к выходу из туннелей по «живому конвейеру» — цепочке из 5—6 животных. Периодически переднего рабочего подменяет один из задних.

Особенности социальной организации

Голые землекопы эусоциальны — социальная структура их колоний похожа на структуру колоний общественных насекомых . Все особи в колонии состоят в родстве; отселяются редко. Инбридинг обычен, что приводит к высокой степени генетического сходства между членами колонии. Другим эусоциальным млекопитающим является дамарский пескорой ( Cryptomys damarensis ), также относящийся к семейству землекоповых.

Голым землекопам свойственна асимметрия тела. Так, у самок зачастую вместо двенадцати имеется 11 сосков — 5 на одной стороне тела и 6 на другой. Подобная асимметрия, предположительно, тоже является результатом продолжительного инбридинга.

Во главе колонии находится единственная самка-производительница (матка, или королева), которая спаривается только с 2—3 фертильными самцами. Все остальные землекопы, как самки, так и самцы, являются рабочими особями. Физиологически они способны к размножению, однако не участвуют в нём, пока находятся в колонии (как правило, всю жизнь). Как и у многих общественных насекомых, если удалить из колонии матку, несколько рабочих самок вступают в яростную борьбу за место королевы. Когда самка становится королевой, она заметно увеличивается в размерах; у взрослых особей это происходит за счёт увеличения расстояния между позвонками.

Функции, выполняемые рабочими, зависят от их размеров. Мелкие особи поддерживают систему туннелей, помогают заботиться о детёнышах и разыскивают пищу. Самые крупные стерильные особи являются «солдатами», видимо, защищающими колонию от главных врагов землекопов — змей . Большую часть года, помимо сезона дождей, на их долю приходится всего 5 % общей работы (при 25—40 % численности внутри колонии). После сезона дождей они активно расширяют сеть туннелей и частично расселяются, основывая новые колонии. Поведение рабочих средних размеров носит промежуточный характер. «Касты» у голых землекопов с возрастом переходят одна в другую, и между ними нет чёткого разграничения, наблюдаемого, например, у муравьёв . Самка занимается исключительно деторождением, за годы жизни производя сотни детёнышей (в одном случае за 12 лет было задокументировано около 900 детёнышей).

Обладают развитой звуковой коммуникацией: голые землекопы способны издавать не менее 18 видов различных звуков — больше , чем любые другие грызуны .

Метаболизм

В отличие от большинства млекопитающих землекопы неспособны поддерживать постоянную температуру тела , и она колеблется в зависимости от температуры окружающей среды. Они замедляют потерю тепла, собираясь большими группами, а также подолгу греются в близких к поверхности туннелях. Замедленный метаболизм (скорость которого вдвое ниже, чем у других грызунов) позволяет землекопам выживать в подземных туннелях при очень низком уровне кислорода и высокой (смертельной для других животных) концентрации диоксида углерода .

Нейроны голых землекопов способны полностью восстанавливать свою функцию после более чем получасового кислородного голодания, что в 6 раз превосходит аналогичный период для обычных мышей (имеющих те же размеры). Это рекорд для млекопитающих. Голые землекопы сохраняют на всю жизнь способность сопротивляться нехватке кислорода, которая у человека присутствует только в самом начале жизни, при родах .

Особенности размножения

Потомство в колонии приносит только самка-королева. Она спаривается лишь с несколькими фертильными самцами, и их отношения остаются постоянными на протяжении многих лет. Беременность длится около 70 дней. Королева может приносить новый помёт каждые 80 дней; в году бывает до 5 помётов. Новорождённый весит менее 2 г. Число детёнышей в помёте больше, чем у других грызунов таких размеров. Оно колеблется от 12 до 27 (максимальное число среди млекопитающих ), хотя сосков у самки всего 12. Исследования, проведённые американскими зоологами из Корнеллского университета , позволили установить, что обилие молока у самки позволяет детёнышам кормиться по очереди. Таким образом, у голых землекопов основа социального поведения закладывается ещё в раннем возрасте. Королева выкармливает детёнышей около 4 недель, хотя переходить на твёрдую пищу они начинают уже в возрасте 2 недель. Детёныши также поедают фекалии, которые выделяют для них рабочие особи; таким образом они получают бактериальную флору, необходимую для переваривания растительной пищи. Молодые землекопы начинают выполнять функции рабочих в возрасте 3—4 недель. Физиологически способными к размножению становятся около 1 года.

Продолжительность жизни голых землекопов беспрецедентна для мелких грызунов: в неволе они доживали до 28 лет (и даже до 31 года ). Королевы живут не менее 13—18 лет. Механизмы, поддерживающие такую высокую продолжительность жизни, включают активность теломеразы , высокий уровень систем репарации ДНК , но точно неизвестны.

Голые землекопы не подвержены образованию раковых опухолей благодаря двойному защитному механизму, контролирующему рост клеток. Возможно, именно это является одной из главных причин столь рекордной для грызунов продолжительности жизни .

Объединенная группа биологов из США и Израиля опубликовала в журнале Aging Cell статью, в которой подтверждается высказанная ими гипотеза о причинах необычно высокого долголетия голых землекопов. Исследователи (в основном из Университета Тель-Авива и Техасского университета, где находится самая крупная в США колония этих грызунов — более 2000 особей) заявили, что, по всей видимости, причина долголетия голых землекопов заключается в высоком содержании белка нейрегулина-1 . Он находится в мозжечке, то есть в той части мозга, которая управляет двигательной активностью.

Значение для человека

В местах своего обитания голые землекопы довольно многочисленны и наносят некоторый ущерб сельскохозяйственным посевам, особенно полям батата .

10 ноября 2011 года в научном журнале Nature опубликована статья о некоторых результатах работы по расшифровке генома голого землекопа и его первичному анализу . По мнению благотворительного фонда поддержки научных исследований «Наука за продление жизни», изучение голого землекопа — одна из 25 научных идей продления жизни .

Голый землекоп и феномен старения организма

Голый землекоп является привлекательным объектом для изучения механизмов старения живого организма.

В 1991 году Ричард Александер и ряд других учёных высказали предположение, что землекоп является неотеническим животным. Ранее неотения, то есть способность организма остановить программу индивидуального развития на стадии новорождённого, была описана для некоторых земноводных.

У землекопов есть более 40 признаков «новорожденности» , в том числе:

• Маленький вес по сравнению с другими видами семейства.
• Отсутствие шерсти (она всегда есть у грызунов).
• Отсутствие ушных раковин .
• Ограниченные возможности для поддержания постоянной температуры тела (как у новорождённых млекопитающих).
• Высокие когнитивные способности ( любопытство ).
• Низкая восприимчивость к боли .
• Способность нейронов к регенерации и увеличение срока жизни нейронов.
• Отсутствие снижения с возрастом уровня ростового фактора 2 (IGF2) .
• Отсутствие снижения с возрастом уровней супероксиддисмутаз 1 и 2 , а также каталазы .

На «новорожденность» указывает также целый ряд объективных биохимических признаков.

Выдвинута гипотеза , что неотения землекопа (как предполагается, появившаяся в результате эволюционного отключения «программы старения» организма на генетическом уровне), которая для обычного вида привела бы к его вымиранию, была компенсирована его эусоциальностью .

См. также

• Устойчивость к онкогенезу у ИПСК (индуцированных плюрипотентных стволовых клеток) голого землекопа

Примечания

Литература

• Шиндер, Анастасия. // Еженедельник « 2000 ». — 2008. — № 26 (420) . 11 января 2012 года.

Ссылки

• Галина Костина. : Африканский подземный грызун голый землекоп не стареет и не болеет раком // . — 16 июля 2012 г.
• : видеолекция // Блог Евгении Тимоновой