Самиці восьминогів самовіддано доглядають за кладкою яєць, а потім помирають від голоду і стрімкого старіння. Біологам вдалося з'ясувати, що саморуйнування цих головоногих молюсків після спарювання пов'язане зі змінами в метаболізмі холестерину в зорових залізах. На його основі утворюється більше 7-дегідрохолестерину, а також деяких стероїдних гормонів і жовчних кислот. Вони посилюють материнську турботу і одночасно підштовхують восьминога до смерті. Результати дослідження опубліковані в статті для журналу.
Восьминоги живуть недовго. Самці цих головоногих молюсків зазвичай помирають незабаром після спарювання, а самки протягом декількох місяців (або, в окремих випадках, років) захищають і вентилюють кладку яєць. Весь цей час вони не їдять, швидко старіють, завдають самі собі ушкодження і зрештою гинуть. Вченим відомо, що розмноження і тривалість життя восьминогів регулюються зоровими залізами - аналогами гіпофізу хребетних (якщо їх видалити, самка кине кладку, знову почне харчуватися і проживе на кілька місяців довше звичайного). Однак які саме хімічні сполуки запускають стрімке старіння, досі залишалося невідомим.
Розібратися в цьому питанні вирішила команда біологів, яку очолила Янь Ван (Z. Yan Wang) з Чиказького університету. Для цього дослідники спіймали в дикій природі кілька каліфорнійських двупятнистих восьминогів (), включаючи самок, які стерегуть кладки. Потім молюсків умертвили, витягли у них зорові залози і провели транскриптомний аналіз їх тканин.
Ван і її колеги виявили, що зорові залози дорослих самок восьминогів виробляють сигнальні молекули двох основних типів: нейропептиди і стероїдні гормони. Однак після спарювання активність генів, які кодують нейропептиди, знижується. Навпаки, гени, які кодують ферменти, що беруть участь у синтезі стероїдних гормонів, починають експортуватися сильніше. До таких ферментів належить, зокрема, холестерол-7-десатураза. Вона перетворює холестерин на 7-дегідрохолестерин, який контролює дозрівання і тривалість життя у багатьох безхребетних. Цікаво, що у людей мутація, що викликає підвищений рівень 7-дегідрохолестерину, призводить до важких порушень розвитку і поведінки (так званий синдром Сміта - Лемлі - Опиця). Наприклад, люди з такою мутацією нерідко завдають собі ушкодження, що нагадує поведінку самки восьминога в кінці життя.
Додаткові експерименти підтвердили, що холестерол-7-десатураза експресується в зорових залозах восьминогів, але не в сусідніх тканинах мозку, а також що синтез цього ферменту посилюється у самок. Скориставшись рідинною хроматомас-спектрометрією, Ван і її співавтори встановили, що рівень холестерину в зорових залізах самок після спарювання не змінюється, проте концентрація 7-дегідрохолестерину зростає.
Газова хроматомас-спектрометрія виявила в зорових залозах восьминогів різноманітний набір інших стерінів, включаючи ланостерол, дигідроланостерол, десмостерол і холестанол. Їх присутність вказує, що метаболізм холестерину в зорових залозах йде двома шляхами: шляхи Блоха (синтез холестерину з десмостеролу) і шляхи Кандуч-Рассела (синтез холестерину з 7-дегідрохолестерину за допомогою 7-дегідрохолестеролредáази). Оскільки рівень холестерину після спарювання залишається колишнім, а рівень десмостеролу знижується, автори вважають, що активність шляху Кандуч-Рассел у запліднених самок восьминогів не змінюється, а шлях Блоха посилюється, щоб виробляти більше 7-дегідрохолестерину і його метаболітів.
За допомогою рідинної хроматомас-спектрометрії Ван зі співавторами також виявили в зорових залозах самок підвищений рівень прогестерону. У ссавців це з'єднання відіграє важливу роль у регуляції менструального циклу і вагітності. Крім того, дослідникам вдалося виявити в зорових залізах самок ще близько 3200 сполук, концентрація яких змінилася після спарювання. Більшість з них пов'язані з метаболізмом стенів і жовчних кислот.
Автори сконцентрували увагу на двох речовинах, концентрація яких у зорових залозах зросла після спарювання. Перше з них - прегненолон. У ссавців дана сполука утворюється з холестерину за участю 20,22-десмолази і служить основою для синтезу всіх стероїдних гормонів (стероїдогенезу). Наприклад, фермент 3-бета-гідроксистероїддегідрогеназа перетворює прегненолон на прогестерон. Оскільки в зорових залозах запліднених самок восьминогів концентрація прогестерону підвищена, а інших похідних прегненолона - ні, то можна припустити, що прегненолон в них в основному використовується для синтезу прогестерону.
Друга речовина, на яку звернули увагу Ван і її співавтори, - 7^-гідроксихолестенон. З цього похідного холестерину починається синтез жовчних кислот. Наприклад, у людини з неї утворюється хенодезоксихолева кислота. У зорових залозах восьминогів утворюється попередник цієї кислоти, але не вона сама (жовчні кислоти ссавців взагалі не виробляються у безхребетних).
Таким чином, після спарювання в зорових залозах самок восьминогів різко змінюється метаболізм холестерину. Збільшується синтез трьох його важливих похідних: 7-дегідрохолестерину; стероїдних гормонів, похідних від прегненолону; а також 7^-гідроксихолестенону, попередника жовчних кислот. Вченим давно було відомо, що прогестерон та інші похідні прегненолона регулюють процеси, пов'язані з розмноженням, однак для 7-дегідрохолестерину і жовчних кислот ця функція описана вперше.
Ймовірно, високі рівні 7-дегідрохолестерину самі по собі токсичні для восьминогів (як і для людей), або призводять до вироблення сигнальних факторів, які вбивають цих молюсків. Подібну роль можуть відігравати певні жовчні кислоти. На це вказує той факт, що у нематод дафахронові кислоти, похідні жовчних, регулюють тривалість життя. Автори припускають, що різні хімічні сполуки, які активно виробляються в зорових залозах самок восьминогів після спарювання і беруть участь у саморуйнуванні цих молюсків, впливають на різні типи тканин - або працюють синергетично, одночасно посилюючи материнську турботу і провокуючи швидке старіння.
Восьминоги та інші головоногі молюски усуваються від предметів, які становлять для них фізичну загрозу. Однак довгий час біологи не могли однозначно підтвердити, що ці істоти відчувають біль. Про те, як фахівці вивчають це питання, читайте в нашому матеріалі «Біль головоногий».