Голый землекоп - Naked mole-rat

Голый землекоп
Временной диапазон: 4,3–0  млн лет Ранний плиоцен - современный
Nacktmull.jpg
Научная классификация редактировать
Королевство: Animalia
Тип: Хордовые
Класс: Млекопитающие
Порядок: Rodentia
Парвордер: Фиоморфа
Семья: Heterocephalidae
Landry, 1957; Паттерсон, 2014 г.
Род: Гетероцефал
Рюппель, 1842 г.
Разновидность:
Х. Глабер
Биномиальное имя
Heterocephalus glaber
Рюппель , 1842 г.
Heterocephalus glaber dis.png
Раздача голого землекопа
Голые землекопы разного возраста.

Голый землекоп ( Heterocephalus Glaber ), также известный как песок щенок , является закапыванием грызун родом из частей Восточной Африки . Он тесно связан с blesmols и является единственным видом рода Heterocephalus семейства Heterocephalidae . Голый землекоп и дамаралендский землекоп ( Fukomys damarensis ) - эусоциальные млекопитающие, представляющие высшую социальную категорию. Он обладает весьма необычным набором физических характеристик, которые позволяют ему процветать в суровых подземных условиях, и является единственным термоконформатором млекопитающих , почти полностью эктотермным (хладнокровным) в том, как он регулирует температуру тела.

Голый землекоп не чувствителен к боли в коже и имеет очень низкие показатели метаболизма и дыхания . Хотя раньше считалось, что они принадлежат к тому же семейству, что и другие африканские землекопы, Bathyergidae , более недавние исследования помещают их в отдельное семейство, Heterocephalidae. Голый землекоп также отличается долголетием и устойчивостью к онкологическим заболеваниям и кислородному голоданию .

Описание

Типичные особи имеют длину от 8 до 10 см (от 3 до 4 дюймов) и вес от 30 до 35 граммов (от 1,1 до 1,2 унции). Королевы крупнее и могут весить более 50 граммов (1,8 унции), самая большая из которых достигает 80 граммов (2,8 унции). Они хорошо приспособлены к своему подпольному существованию. Их глаза довольно маленькие, а острота зрения оставляет желать лучшего. Их ноги тонкие и короткие; однако они отлично умеют перемещаться под землей и могут двигаться назад так же быстро, как и вперед. Их большие, выступающие зубы используются для копания, а их губы закрыты сразу за зубами, предотвращая попадание почвы во рты во время копания. Около четверти их мускулатуры используется для того, чтобы смыкать челюсти во время копания. У них маленькие волосы (отсюда и общее название) и морщинистая розовая или желтоватая кожа. У них отсутствует изолирующий слой в коже.

Физиология

Обмен веществ и дыхание

Голый землекоп хорошо приспособлен к ограниченному доступу кислорода в туннелях его типичной среды обитания. У него недоразвитые легкие, а его гемоглобин имеет высокое сродство к кислороду, что увеличивает эффективность поглощения кислорода. У него очень низкая скорость дыхания и метаболизма для животного такого размера, около 70% от скорости мыши, поэтому кислород потребляет минимально. В ответ на длительные периоды голода скорость его метаболизма может быть снижена до 25 процентов.

Голый землекоп выживает не менее 5 часов в воздухе, который содержит всего 5% кислорода; он не показывает каких-либо значительных признаков дистресса и продолжает нормальную деятельность. Он может жить в атмосфере с 80% CO.
2
и 20% кислорода. В атмосфере без кислорода он может прожить 18 минут, по-видимому, без каких-либо повреждений (но ни один из них не выдержал 30-минутного испытания). Во время бескислородного периода он теряет сознание, его частота сердечных сокращений снижается примерно с 200 до 50 ударов в минуту, и дыхание останавливается, за исключением спорадических попыток дыхания. Когда животное лишено кислорода, оно использует фруктозу в своем анаэробном гликолизе , производя молочную кислоту . Этот путь не подавляется ацидозом, как это происходит при гликолизе глюкозы. По состоянию на 2017 год не было известно, как голый землекоп переживает ацидоз без повреждения тканей.

Терморегуляция

Голый землекоп не регулирует температуру своего тела, как это делают млекопитающие. Они являются скорее термоконформаторами , чем терморегуляторами, поскольку, в отличие от других млекопитающих, температура тела отслеживает температуру окружающей среды. Однако также утверждалось, что «у голой кротовой крысы четко выраженный ритм температуры и активности, не связанный с условиями окружающей среды». Зависимость между потреблением кислорода и температурой окружающей среды переключается с типичного пойкилотермического режима на гомеотермический режим, когда температура составляет 29 ° C или выше. При более низких температурах голый землекоп может использовать поведенческую терморегуляцию. Например, холодные голые землекопы сбиваются в кучу или ищут неглубокие участки норы, которые нагреваются солнцем. И наоборот, когда становится слишком жарко, голые землекопы уходят в более глубокие и прохладные части нор.

Нечувствительность к боли

Пленные голые землекопы сбиваются в кучу

Кожа голого землекопа не имеет нейротрансмиттеров в кожных сенсорных волокнах . В результате голые землекопы не чувствуют боли при воздействии кислоты или капсаицина . Когда им вводят вещество P , тип нейромедиатора, передача сигналов боли работает так же, как и у других млекопитающих, но только с капсаицином, а не с кислотами. Предполагается, что это адаптация к животному, живущему с высоким уровнем углекислого газа из-за плохой вентиляции жилых помещений, что может вызвать накопление кислоты в тканях их тела.

Дефицит вещества P у голых землекопов также связан с отсутствием у них вызываемого гистамином зуда и царапания, типичного для грызунов.

Устойчивость к раку

Голые землекопы обладают высокой устойчивостью к опухолям, хотя вполне вероятно, что они не полностью невосприимчивы к родственным заболеваниям. Потенциальным механизмом, предотвращающим рак, является ген «перенасыщения», p16 , который предотвращает деление клеток при контакте отдельных клеток (известный как « контактное ингибирование »). Клетки большинства млекопитающих, в том числе голого землекопа, подвергаются контактному ингибированию через ген p27, который предотвращает клеточное размножение при гораздо более высокой плотности клеток, чем p16. Комбинация p16 и p27 в клетках голого землекопа представляет собой двойной барьер для неконтролируемой пролиферации клеток, одного из признаков рака .

В 2013 году ученые сообщили, что причина того, что голые землекопы не болеют раком, может быть связана с « гиалуронаном с чрезвычайно высокой молекулярной массой » (HMW-HA) (природное сахаросодержащее вещество), которое более чем «в пять раз больше». чем у склонных к раку людей и чувствительных к раку лабораторных животных. Месяц спустя научный отчет был опубликован на обложке журнала Nature . Несколько месяцев спустя та же исследовательская группа из Университета Рочестера объявила, что у голых землекопов есть рибосомы, которые производят исключительно безошибочные белки. Благодаря обоим этим открытиям журнал Science назвал голого землекопа «Позвоночным животным года» на 2013 год.

В 2016 году был опубликован отчет, в котором зафиксированы первые в истории обнаруженные злокачественные новообразования у двух голых землекопов у двух человек. Однако оба голых землекопа были рождены в неволе в зоопарках и, следовательно, жили в среде с 21% атмосферного кислорода по сравнению с их естественными 2–9%, что могло способствовать онкогенезу.

Голаны слепой крот-крысы ( Spalax Golani ) и Иудейские горы слепой крот-крысы ( Spalax judaei ) также устойчивы к раку, но по другому механизму.

Долголетие

Голый землекоп представляет интерес еще и потому, что он необычайно долгожитель для грызунов такого размера (до 32 лет) и является рекордсменом по самому долгоживущему грызуну. Уровень смертности этого вида не увеличивается с возрастом и, следовательно, не соответствует таковому у большинства млекопитающих (как это часто определяется законом смертности Гомперца-Мейкхема ). Голые землекопы обладают высокой устойчивостью к раку и дольше сохраняют здоровую функцию сосудов, чем крысы с более коротким сроком жизни. Причина их долголетия обсуждается, но считается, что она связана с их способностью существенно снижать метаболизм в тяжелые времена и, таким образом, предотвращать вызванное старением повреждение от окислительного стресса . Это было названо «проживанием своей жизни в импульсном режиме». Их долголетие также приписывают «стабильности белка». Из-за их необычайной долговечности были предприняты международные усилия по секвенированию генома голого землекопа. Черновой вариант генома был представлен в 2011 году, а его улучшенная версия была выпущена в 2014 году. Его соматическое число составляет 2n = 60. Дальнейшее секвенирование транскриптома показало, что гены, связанные с митохондриями и процессами восстановления окисления, имеют высокие уровни экспрессии у голого землекопа по сравнению с мышей, что может способствовать их долголетию.

В репарации ДНК Транскриптом печени людей, сравнивали голые мольные крыс и мышей. Максимальная продолжительность жизни людей, голых землекопов и мышей соответственно составляет c. 120, 30 и 3 года. Более долгоживущие виды, люди и голые землекопы, экспрессировали гены репарации ДНК, включая основные гены в нескольких путях репарации ДНК, на более высоком уровне, чем мыши. Кроме того, несколько путей репарации ДНК у людей и голых землекопов были активированы по сравнению с мышами. Эти данные свидетельствуют о том, что усиление репарации ДНК способствует увеличению продолжительности жизни, а также согласуется с теорией старения о повреждении ДНК .

Размер

Размножающиеся самки становятся доминирующими самками, как правило, путем создания новых колоний, борьбы за доминирующее положение или захвата власти после смерти репродуктивной самки. У этих воспроизводящих самок, как правило, более длинные тела, чем у их не размножающихся собратьев той же ширины черепа. Измерения самок до того, как они стали репродуктивными, и после того, как они стали репродуктивными, показывают значительное увеличение размеров тела. Считается, что эта черта возникает не из-за ранее существовавших морфологических различий, а из-за фактического достижения доминирующей позиции самки. Как и в случае с репродуктивными самками, репродуктивные самцы также кажутся больше по размеру, чем их не размножающиеся собратья, но не настолько, как в случае самок. У этих мужчин также есть видимые очертания яичек через кожу живота. В отличие от самок, самцов обычно бывает несколько.

Хронобиология

Подземная среда обитания голого землекопа накладывает ограничения на его циркадный ритм . Живя в постоянной темноте , большинство людей обладают свободным режимом активности и активны как днем, так и ночью, спят короткие промежутки времени несколько раз между ними.

Экология и поведение

Распространение и среда обитания

Голый землекоп произрастает в более сухих частях тропических лугов Восточной Африки, преимущественно на юге Эфиопии , Кении и Сомали .

Группы, насчитывающие в среднем от 75 до 80 особей, живут вместе в сложных системах нор в засушливых африканских пустынях. Общая длина туннельных систем, построенных голыми землекопами, может составлять от трех до пяти километров (2–3 миль).

Роли

Голый землекоп - первое млекопитающее, проявившее эусоциальность . Дамарский пескорой ( Cryptomys damarensis ) является единственным другим млекопитающим eusocial В настоящее время известны.

Эта социальная структура голых землекопов похожа на ту, что встречается у муравьев , термитов , некоторых пчел и ос . Размножаются только одна самка (королева) и от одного до трех самцов, в то время как остальные члены колонии действуют как рабочие. Королева и племенные самцы способны к размножению в возрасте одного года. Рабочие бесплодны, более мелкие сосредоточены на сборе пищи и содержании гнезда, в то время как более крупные рабочие более активны в случае нападения. Не размножающиеся самки, по-видимому, репродуктивно подавлены, что означает, что яичники не полностью созревают и не имеют таких же уровней определенных гормонов, как репродуктивные самки. С другой стороны, существует небольшая разница в концентрации гормонов между размножающимися и не размножающимися самцами. В экспериментах, в которых репродуктивная самка удалялась или погибала, одна из не размножающихся самок вступала во владение и становилась сексуально активной. Не размножающиеся члены колонии участвуют в совместном уходе за детенышами, произведенными размножающейся самкой. Это происходит благодаря тому, что рабочие удерживают щенков от блуждания, собирают пищу, ухаживают за шерстью, способствуют расширению туннелей и согревают их.

Самка землекопа

Королева и беременность

Отношения между королевой и размножающимися самцами могут длиться долгие годы; другие самки временно бесплодны. Королевы живут от 13 до 18 лет и крайне враждебны по отношению к другим самкам, которые ведут себя как королевы или вырабатывают гормоны, чтобы стать королевами. Когда королева умирает, ее место занимает другая самка, иногда после жестокой борьбы со своими конкурентами. После создания тело новой королевы расширяет пространство между позвонками в ее позвоночнике, становясь длиннее и готовым к рождению детенышей.

Беременность около 70 дней. В помете обычно бывает от трех до двенадцати щенков, но может быть и двадцать восемь. Средний размер помета - одиннадцать. В дикой природе голые землекопы обычно размножаются один раз в год, если помет уцелел. В неволе они размножаются круглый год и могут производить помет каждые 80 дней. Молодые рождаются слепыми и весят около 2 граммов. Королева ухаживает за ними первый месяц; после чего другие члены колонии кормят их фекальными массами, пока они не станут достаточно взрослыми, чтобы есть твердую пищу.

Рабочие

Меньшие рабочие сосредоточены на добыче еды и обслуживании туннелей, в то время как более крупные рабочие более активно реагируют на атаки. Как и в случае с некоторыми видами пчел, рабочие делятся по континууму различных поведенческих кастов, а не по отдельным группам. Некоторые из них функционируют в основном как проходчики туннелей, расширяя большую сеть туннелей в системе нор, а некоторые в основном как солдаты , защищая группу от внешних хищников . Есть два основных типа рабочих: «частые работники», которые часто выполняют такие задачи, как добыча пищи и строительство гнезд, и «нечастые работники», роли которых частично совпадают с «частыми работниками», но выполняются гораздо медленнее. Рабочие бесплодны, когда нет новой репродуктивной роли.

Диспергаторы

Инбридинг - обычное явление среди голых землекопов в колонии. Длительный инбридинг обычно связан с более низкой приспособленностью. Однако открытие роли диспергатора выявило механизм аутбридинга в дополнение к предотвращению инбридинга . Диспергаторы морфологически, физиологически и поведенчески отличаются от членов колонии и активно стремятся покинуть свою нору, когда появляется возможность для побега. Эти люди обладают щедрыми запасами жира для своего путешествия. Хотя они обладают высоким уровнем лютеинизирующего гормона , диспергаторы заинтересованы только в спаривании с особями из чужих колоний, а не с королевой своей собственной колонии. Они также не проявляют особого интереса к совместной работе с членами колонии в их родовой норе. Следовательно, диспергирующая морфа хорошо подготовлена ​​для содействия обмену особями, а также генетическим материалом между двумя отдельными колониями.

Колонии

Размер колоний колеблется от 20 до 300 особей, в среднем 75 особей.

Выбор самки

Репродуктивно активные самки голого землекопа имеют тенденцию ассоциироваться с незнакомыми самцами (обычно не родственниками), тогда как репродуктивно неактивные самки не различают. Предпочтение репродуктивно активных самок незнакомым самцам интерпретируется как приспособление к избеганию инбридинга. Инбридинга избегают, потому что он обычно приводит к выражению рецессивных вредных аллелей.

Диета

Пленный голый землекоп ест

Голые землекопы питаются в основном очень крупными клубнями (в тысячу раз превышающими массу тела обычного землекопа), которые они находят глубоко под землей в ходе добычи полезных ископаемых. Один клубень может обеспечить колонию долгосрочным источником пищи - на месяцы или даже годы, поскольку они поедают внутреннюю часть, но оставляют снаружи, позволяя клубню регенерировать. Симбиотические бактерии в кишечнике сбраживают волокна, позволяя превратить неперевариваемую целлюлозу в летучие жирные кислоты.

Голые землекопы иногда также поедают собственные фекалии . Это может быть частью их эусоциального поведения и средством передачи гормонов королевы.

Хищники

На голых землекопов в первую очередь охотятся змеи, особенно рыжеватая змея и кенийский песчаный удав, а также различные хищные птицы . Они наиболее уязвимы при сооружении насыпей и выбросе грунта на поверхность.

Статус сохранения

Голым землекопам ничего не угрожает. Они широко распространены и многочисленны в более засушливых регионах Восточной Африки .

Фото Ковчег

Голый землекоп, живущий в Детском зоопарке Линкольна, был первым животным, которое было сфотографировано для проекта National Geographic , Photo Ark , целью которого является фотографирование всех видов животных, обитающих в зоопарках и заповедниках по всему миру, чтобы вдохновить на действия. чтобы спасти дикую природу.

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки