女王体味介导一种群社会哺乳动物的繁殖抑制
裸鼹鼠(Heterocephalus glaber)以其群体社会生活方式而闻名,这是一种在昆虫如蜜蜂、白蚁和蚂蚁中更为常见的稀有社会结构。群体社会性的特点是共同抚养后代、世代重叠和极端的繁殖偏斜,通常由主要的繁殖雌性——女王所垄断,女王通常是殖民地中唯一的繁殖雌性。确实,裸鼹鼠处于哺乳动物群体社会性光谱的极端位置。该复杂社会组织的一个基本特征是殖民地成员之间的繁殖抑制,这一过程主要由女王调控。尽管在发现哺乳动物的群体社会性后进行了数十年的研究,但女王如何管理殖民地结构并抑制繁殖的具体机制仍然未知。通过化学通讯,尤其是通过嗅觉线索来实现的繁殖抑制,是占主导地位的个体影响同种个体繁殖生理的常见机制。在哺乳动物中,嗅觉线索可能引发深远的繁殖后果,包括妊娠干扰(布鲁斯效应)、在其他社会线索的配合下抑制下属的排卵,以及在社会性肉食动物中掩盖发情。在群体社会性昆虫中,女王的信息素通过抑制工蜂的繁殖来维持殖民地的和谐,这表明了通过化学介导的繁殖控制的进化先例。在裸鼹鼠中,繁殖抑制依赖于女王的存在,并在女王死亡或被移除后迅速逆转。殖民地具有独特的气味特征,以便区分巢友和外部个体,女王的气味与合作任务表现的变化相关,暗示着其作为“社会组织者”的角色。这些观察表明,嗅觉通信对社会凝聚力、合作行为以及可能的繁殖抑制至关重要,然而,由女王产生的化学信号的身份和功能仍不明确。在这里,我们结合行为、化学和神经内分泌分析,以确定和功能性表征裸鼹鼠中女王衍生的化学信号。我们显示嗅觉线索是社会识别的基础,并调节攻击性,长链酯异丙基肉豆蔻酸酯(IPM)仅存在于女王体内并在其生殖准备期间在阴道分泌物中达到峰值。该化合物通过嗅觉被检测到,可以改变非繁殖雌性的催乳素和孕酮水平,甚至在女王被移除后也能防止繁殖并维持社会稳定。这些发现揭示了一种富含女王成分的化学物质,促成繁殖抑制和社会凝聚力,并揭示了潜在的基础机制,支撑哺乳动物群体社会系统。在裸鼹鼠中基于气味的识别为了检查嗅觉线索在裸鼹鼠社会和觅食行为中的作用,我们首先测试它们区分熟悉个体和不熟悉个体的能力。我们将动物配对在一个管道中并记录它们的互动。动物们在嗅探非殖民个体的时间比在巢友身上花费的时间更多,表明对社会新奇事物的识别。为了确定这种行为是否仅依赖于嗅觉,我们使用甲硫咪唑切除嗅觉感受神经元。在小鼠和大鼠中,单次腹腔注射会迅速损伤嗅觉上皮,影响各种细胞类型,包括嗅觉感受神经元。这种损伤在数小时内开始,并伴随细胞肿胀和从基底膜脱离,导致在48小时内几乎完全丧失嗅觉感受神经元。我们的免疫组织化学分析确认在裸鼹鼠中,注射后72小时几乎完全丧失成熟的嗅觉感受神经元(对OMP阳性)和幼稚的嗅觉感受神经元(对STMN1阳性)。此外,经过甲硫咪唑处理的动物对食物气味没有吸引力,并与对照组相比呈现出短暂的体重下降,三周内恢复。
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