Ученые из научно-исследовательского института Скриппса (Флорида) обнаружили химическое вещество, которое выделяют многие хищники и вызывает чувство страха у их жертв. Результаты исследований опубликованы в журнале Cell.

Целью американских исследователей было попытаться понять, как мозг грызунов реагирует на химические сигналы и как эти сигналы в конечном счете влияют на их поведение. Для экспериментов были взяты мыши. Оказывается, даже тем из них, которым никогда раньше не доводилось встречаться с другими животными, испытывают сильный страх, когда улавливают запах некоторых видов хищников, таких как кошек, крыс, змей, хорьков, ласок и лисиц. Специалистам из института Скриппса впервые удалось идентифицировать отчетливый химический сигнал, вызывающий реакцию страха у мышей, и разобраться, как грызуны его обнаруживают.

Проследить действие химических сигналов на нервную систему нелегко. Одна из трудностей заключается в том, что в процессе обучения мозг постоянно меняет пути передачи информации. Однако некоторые поведенческие шаблоны оказываются неизменными всякий раз, когда они используются. Это дает основания предположить, что они проходят по определенному и прочно установленному пути в нервной системе и мозге животного. Биологи из института Скриппса попытались определить количество таких установившихся путей, связанных с запахом и особенно с химическими следами, которые выделяются железами внутренней секреции или мочой хищников.

Мышей, участвовавших в исследовании, разводили в лаборатории с 30-х годов прошлого столетия. Многие сотни поколений лабораторных грызунов не видели никаких других животных, кроме себе подобных. Однако эта полная изоляция не помешала им сохранить путь-схему в нервной системе, которая вызывает стереотипы в поведении.

На первом этапе американские биологи постарались выяснить, как грызуны вообще обнаруживают запахи других животных. У мышей имеются два сенсорных органа: сошниконосовой (СНО), небольшой закрытый со всех сторон мешочек в стенке полости носа; и главный обонятельный эпителий, особая ткань носовой полости, участвующая в восприятии запаха и расположенная под глазным яблоком в верхней задней части носовой полости.

Для того чтобы ответить на вопрос, какой из этих двух органов участвует в обнаружении запаха, сравнили поведение нормальной здоровой мыши и мыши с генетическими мутациями, в результате которых сошниконосовой орган у нее не действует.

Когда обычную мышь помещали в клетку с ватным шариком, пропитанным запахом крысы, кошки или змеи, она пугалась. Причем старалась держаться от него подальше и регулярно принимала тревожную позу: поднимала нос вверх и была готова обратиться в бегство. Внешние признаки испуга у грызунов подтверждались и резким ростом уровня гормонов стресса.

Мыши же с неработающими СНО вели себя иначе. Они относились к ватным шарикам с любопытством и бесстрашно их обнюхивали. Поведение мышей-мутантов было аналогично поведению нормальных мышей и по отношению к ватному шарику, пропитанному безобидным контрольным запахом (кролика или другой мыши). В результате этих экспериментов стало ясно, что главную роль в обнаружении химических сигналов от хищников у мышей играет сошниконосовой орган.

Для определения роли обонятельного эпителия в поведении мышей ученые помещали грызунов в клетку с усыпленной крысой. Опять же по сравнению с нормальными грызунами мыши с неработающими СНО практически не проявляли страха. Одна из мутированных мышей даже уснула рядом с крысой.

Затем ученые из института Скриппса попытались выделить химическое вещество, выработанное хищником и сигнализирующее мыши, что ей следует бояться. Ранее никто из исследователей не пытался определить это вещество, потому что считалось, что оно является смесью веществ и выделить его будет крайне трудно.

Исследование начали с крысиной мочи. Сначала ее разделили на составные части с низким и высоким молекулярным весом. Оказалось, что страх у мышей вызывает лишь «тяжелая» фракция.

После этого при помощи спектрометрического анализа биологи установили пик испуга. Это позволило выделить из большой группы веществ один-единственный белок. Для того чтобы проверить результаты, была сделана рекомбинантная версия выявленного белка. Оказалось, она и сама по себе вызывала у мышей страх, и активировала в их мозге соответствующие нейроны.

Выделенный белок относится к главной группе белков мочи. Он похож на недавно найденный феромон, провоцирующий у самцов мышей агрессивное поведение. Удивительно, что два совершенно разных типа поведения вызываются одним и тем же химическим веществом. Для проверки этого вывода ученые проанализировали запах кошек. Только на этот раз взяли для анализа кошачью слюну. Выяснилось, что ключевой белок в слюне Feld4, кошачья версия белков мочи, вызывает у мышей такой же страх и активирует в мозге защитные реакции.

Проведенные исследования помогут лучше разобраться с тем, как мозг человека обрабатывает сенсорную информацию и реагирует на нее.