Конечно, животных лучше изучать в природе. Но за каждым хомяком не угонишься. Российские биологи создали в Подмосковье целый комплекс миров, в котором изучают особенности жизни видов-двойников. Чем еще занимаются ученые на биостанции, изучали корреспонденты Infox.ru.
Полевым исследованиям животных в природе помогают исследования в лаборатории, где можно смоделировать естественные процессы и получить данные о жизни природных популяций. Так работают сотрудники лаборатории сравнительной этологии и биокоммуникации Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН) на биостанции в Черноголовке.
«Полевые исследования дают более реальную картину для понимания образа жизни животных, особенностей их поведения и экологии, но они, как правило, ограничены объемом материала -- трудно получить статистически достоверные данные, -- объяснил корреспонденту Infox.ru доктор биологических наук, руководитель лаборатории, заместитель директора ИПЭЭ РАН Алексей Суров. -- Лабораторные эксперименты, напротив, легче воспроизводимы, но подчас грешат артефактами и, как показывает практика, не всегда правильно отражают биологию вида». Чтобы избавиться от недостатков одного подхода и использовать преимущества другого, на биостанции ставят эксперименты в условиях полувольного содержания животных -- на полигонах, в вольерах.
Реалити-шоу из жизни грызунов
Совместно с немецкими коллегами из Университета Мартина-Лютера (Хале, Германия) ученые изучают хронобиологию, социальные связи, адаптацию к зимним условиям существования разных видов хомячков Палеарктики, главным образом из рода Phodopus.
Зверьков содержат в условиях, приближенных к естественным: на улице в больших полигонах, где они роют себе норы, или в вольерах в неотапливаемом помещении. Вольеры в лаборатории оборудованы датчиками на фотоэлементах, которые отслеживают перемещения животных. Вход в искусственное убежище снабжен антенной в виде кольца, она считывает информацию с электронного чипа, который вживлен под кожу зверька. Так отмечается, кто и когда посещал домик, -- изучаются социальные контакты хомячков. В самом домике расположена видеокамера, которая выводится на монитор в соседней комнате. Благодаря всей этой электронике биологи получают возможность наблюдать за повседневной жизнью животных и узнавать, как они адаптируются к смене температуры и освещенности.
О непохожести похожих
«Мы изучаем, как соотносится суточная активность с гормональным фоном и с изменением температуры и светового дня, -- объясняет корреспондентам Infox.ru Алексей Суров.
Под наблюдением -- два внешне похожих вида хомячков. «Хомячок Кемпбела -- обитатель сухих степей и полупустынь в Монголии, а у нас -- на Алтае, -- пояснила кандидат биологических наук Мария Ушакова. -- А очень похожий на него джунгарский хомячок живет в более влажных местах -- во влажных степях или обычных степях. Поскольку там больше растительности, то норы джунгарских хомячков расположены гораздо более компактно».
Зимой эти похожие виды тоже попадают в разные условия. Джунгарский хомячок живет в Сибири, где морозные зимы и глубокий снежный покров. А хомячок Кемпбела -- в открытых местах, где зимой низкие температуры, но снега почти не бывает. «У джунгарских хомячков есть характерная особенность: зимой они меняют окраску на светлую, то есть ведут себя прямо как зайцы, -- рассказывает Алексей Суров. -- Нет ни одного другого грызуна, у которого бы так менялся цвет. Считалось, что у них в это время падает уровень половых гормонов. Но мы показали, что, несмотря на низкий гормональный фон, они не перестают размножаться даже в самые сильные морозы и при коротком световом дне».
У джунгарского хомячка есть еще одна необычная черта -- зимой они могут на несколько часов впадать в оцепенение. При этом температура тела опускается на 10-15 и даже 20 градусов. А потом восстанавливается до прежнего уровня. Таким образом они, не впадая в спячку, экономят энергию в тех условиях, когда им трудно поддерживать высокую температуру тела. Биологи еще не знают, может ли хомячок Кемпбела поступать так же, и пытаются выяснить это в лабораторных условиях. Для того чтобы постоянно измерять температуру тела, они вживляют в брюшную полость зверьков миниатюрный термодатчик в виде таблетки. Он снимает показания каждые полчаса и записывает их в память. Извлекая датчик, ученые получают температурную кривую за все время эксперимента.
Механизмы эволюции выясняют по запаху
Лабораторные эксперименты помогают даже разобраться в деталях эволюции видов в природе. Ответ на некоторые вопросы ученые могут получить с помощью… запаха. Прибор ольфактометр предназначен для оценки реакции грызунов на разные запахи. Образцы помещают в четыре отсека по сторонам квадратной площадки. Зверек в течение 10-15 минут бегает по площадке и принюхивается к образцам через отверстия в дверце отсеков. Фотоэлементы на входе в отсек регистрируют, как часто хомячок нюхает тот или иной образец.
«Мы изучаем три сходных между собой формы хомячков, относящихся к одному виду, -- рассказывает корреспондентам Infox.ru аспирант Наталья Поплавская. -- Это китайский хомячок, барабинский хомячок и забайкальский хомячок. Они очень похожи между собой внешне, но различаются по хромосомному набору. Китайского хомячка можно спокойно брать у руки, сейчас он стал уже довольно популярным лабораторным животным. А остальные два гораздо более дикие и агрессивные. В лаборатории мы скрещиваем эти формы и без проблем получаем гибриды. Казалось бы, гибридные формы должны находиться и в природе, но, как ни странно, их ни разу не находили. Значит, действуют какие-то механизмы изоляции, которые препятствуют скрещиванию».
Запах может лежать в основе репродуктивной изоляции. Ученые помещают на площадку в ольфактометр самца китайского хомячка и дают ему на выбор запахи (образцы экскрементов) самок китайской, барабинской и забайкальской форм, а для контроля -- запах совсем другого вида, который его явно не заинтересует. Прибор записывает степень реакции самца на запахи всех самок или же, наоборот, реакцию самки на запахи самцов. То, насколько запах своей формы для китайского хомячка предпочтительнее запахов других форм, говорит о степени репродуктивной изоляции.
В лаборатории биологи, скрещивая зверьков, не оставляют им выбора полового партнера. А в природе выбор есть, и запах может служить барьером для скрещивания с другими формами.
По мнению ученых, исследуемые формы хомячков находятся в самом начале дивергенции, то есть эволюционного расхождения. Это подтверждается и морфологическими данными -- по строению черепов, и различиями в митохондриальной ДНК. Так начинается процесс видообразования.
