Исследование, проведенное Кимберли Росвалл, доцентом факультета биологии Колледжа искусств и наук IU, показало, что семенники — или гонады — оказывают большее влияние на эволюцию, чем считалось ранее. Исследования проводились на двух подвидах темноглазого юнко — типа американского воробья.
Джунко с белыми крыльями, или Junco hyemalis aikeni, водится в Блэк-Хиллз в Южной Дакоте. Джунко сланцевого цвета, или Junco hyemalis carolinensis, родом из Аппалачей в Вирджинии. Первый крупнее и агрессивнее; другой меньше и послушнее.
Исследования опубликованы в журналах Hormones and Behavior и Integrative and Comparative Biology.В первой статье сравниваются подвиды по экспрессии ферментов, вырабатывающих тестостерон в половых железах. Во второй статье исследуется, как гонады подвидов различаются по экспрессии генов рецепторов гормонов стресса, которые, как известно, снижают уровень тестостерона.«Большинство эндокринологов скажут вам, что такие опосредованные тестостероном характеристики, как внешний вид или поведение, регулируются сверху вниз — что мозг действует как« генеральный директор », сообщая остальному телу, что делать», Росвалл сказал. «Но наши данные показывают, что эта модель генерального директора слишком упрощена, и что рабочие на« фабрике »тестостерона — гонаде — могут действительно играть важную роль в расхождении черт».
По сравнению с джунко из Вирджинии, птицы из Южной Дакоты не только крупнее и агрессивнее, но и могут похвастаться более ярким оперением, в том числе большим количеством белых рулевых перьев и заметными белыми полосами на крыльях. На все эти черты влияет тестостерон, который, как широко признано в биологии, влияет на черты, важные для естественного отбора, такие как выживание и размножение.
В популяции одни мужчины производят больше тестостерона, другие — меньше. В течение эволюционного периода средний уровень тестостерона — и черты, которые регулирует тестостерон, такие как агрессия, размер тела и даже родительская забота или половое влечение, — могут изменяться в соответствии с конкретной средой. Однако геномные механизмы, позволяющие повышать уровень тестостерона, до конца не изучены.
Чтобы провести исследование по этой теме, Росвалл и его коллеги изучили гонады двух подвидов в дикой природе и в неволе. В случае юнко из Южной Дакоты, результаты показали, что гонады более мускулистых птиц просто имеют больше механизмов, производящих тестостерон.
Когда исследователи лечили птиц гормоном, стимулирующим выработку тестостерона, птицы из Южной Дакоты смогли быстрее вырабатывать больше тестостерона и дольше удерживать его в повышенном уровне.«Животное, которое дольше сохраняет повышенный уровень тестостерона, должно иметь большее выражение этих опосредованных тестостероном характеристик», — сказал Росвалл.Во втором исследовании Росвалл и его коллеги обнаружили дополнительную причину более низкого уровня тестостерона в вирджинских суставах.
В семенниках более мелких птиц повышен уровень рецепторов гормонов стресса — известных ингибиторов выработки тестостерона.Механизм, с помощью которого тестостерон приводит к различным характеристикам, включает рецепторы гормонов, обнаруженные в мозге и теле.
Когда тестостерон связывается с этими участками, он влияет на экспрессию генов, которые влияют на такие характеристики, как поведение, размер тела и оперение.«На уровне генома вы действительно можете увидеть значительную разницу между этими большими сексуальными юнко и их меньшими, менее агрессивными кузенами», — сказал Росвалл. «Поскольку мы все еще наблюдаем некоторые из этих различий у самцов, которых мы отловили в молодом возрасте, наши исследования показывают, что эти различия в гонаде являются генетическими или запрограммированы в очень раннем возрасте».Результаты значительны, потому что они бросают вызов преобладающей теории о том, что гормонально регулируемые различия между видами в значительной степени контролируются мозгом.
В более ранних исследованиях команда IU изучала различные аспекты мозга и гипофиза, железы, которая действует как посредник между мозгом и гонадой, и результаты показали некоторую разницу между гонадами у мужчин с высоким и низким уровнем тестостерона.«Эти исследования выявляют эти различия», — сказал Росвалл. "Это имеет реальные последствия для растущих областей эволюционной эндокринологии и экологической геномики.
«Будь то птицы, мыши или люди, тестостерон влияет на многие черты природы — черты, которые влияют на то, кто живет или умирает, спаривается или нет», — добавила она. «Наши исследования показывают, что гонады сами по себе играют важную роль в эволюционном процессе».