Самки мышей CD-1 распознают репродуктивно успешных самцов по летучим органическим соединениям их мочи

Половой отбор рассматривается в качестве одного из ведущих факторов эволюционного развития. В условиях постоянной конкуренции сформировались специализированные способы привлечения особей противоположного пола, а также критерии оценки качества полового партнера. Самцы, способные оставить наибольшее количество потомков, должны быть более привлекательными половыми партнерами, что требует от них каким-либо образом демонстрировать самкам свои преимущества. При этом ключевое условие для реализации такого отбора – это способность сигнала достоверно отражать информацию о физиологическом состоянии организма особи. У мышей одним из ведущих каналов передачи информации являются хемосигналы. Целью нашего исследования было выяснить, могут ли самцы мышей демонстрировать самкам свою репродуктивную эффективность через летучие органические соединения мочи. В ходе эксперимента самцу подсаживали двух половозрелых самок на шесть дней для размножения. Репродуктивный успех самца оценивали по наличию или отсутствию потомства. В то же время половозрелые самки, ранее не участвовавшие в размножении, оценивали мочу этих самцов. Оказалось, что более привлекательной была моча самцов, способных оставить потомство. Это выражалось в более коротком латентном времени обнюхивания самкой мочи самца в ольфакторном тесте. При помощи газовой хроматографии в моче самцов были обнаружены летучие органические соединения, которые коррелировали с поведением самок. Масс-спектрометрический анализ образцов мочи показал, что эти соединения являются производными феромона мышей 6-гидрокси-6-метил-3-гептанона. Амплитуда пиков, соответствующих данному феромону, коррелировала с уровнем тестостерона в крови и массой препуциальных желез и была выше у самцов с фертильными покрытиями. Важно отметить, что ключевые морфофизиологические показатели, такие как масса тела, масса семенников, препуциальных желез, семенных пузырьков, а также уровень тестостерона в плазме крови самцов, не отражали их способность оставить потомство. Таким образом, содержание феромона 6-гидрокси-6-метил-3-гептанона в моче самцов CD-1 может служить хорошим критерием их репродуктивной эффективности.

1. Andersson M. Condition-dependent indicators in sexual selection: development of theory and tests. In: Lucas J.R., Simmons L.W. (Eds.) Essays in Animal Behaviour: Celebrating 50 Years of Animal Behaviour. Elsevier, 2006;253-267.

2. Arakawa H., Blanchard D.C., Arakawa K., Dunlap C., Blanchard R.J. Scent marking behavior as an odorant communication in mice. Neurosci. Biobehav. Rev. 2008;32(7):1236-1248. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2008.05.012.

3. Brennan P.A., Zufall F. Pheromonal communication in vertebrates. Nature. 2006;444(7117):308-315. DOI: 10.1038/nature05404.

4. Del Punta K., Leinders-Zufall T., Rodriguez I., Jukam D., Wysocki C.J., Ogawa S., Zufall F., Mombaerts P. Deficient pheromone responses in mice lacking a cluster of vomeronasal receptor genes. Nature. 2002;419(6902):70-74. DOI: 10.1038/nature00955.

5. Dougherty L.R. Designing mate choice experiments. Biol. Rev. 2020; 95(3):759-781. DOI: 10.1111/brv.12586.

6. Dougherty L.R., Shuker D.M. The effect of experimental design on the measurement of mate choice: a meta-analysis. Behav. Ecol. 2015; 26(2):311-319. DOI: 10.1093/beheco/aru125.

7. Drickamer L.C. Behavioral selection of odor cues by young female mice affects age of puberty. Dev. Psychobiol. 1992;25(6):461-470. DOI: 10.1002/dev.420250606.

8. Drickamer L.C., Gowaty P.A., Holmes C.M. Free female mate choice in house mice affects reproductive success and offspring viability and performance. Anim. Behav. 2000;59(2):371-378. DOI: 10.1006/anbe.1999.1316.

9. Drickamer L.C., Gowaty P.A., Wagner D.M. Free mutual mate preferences in house mice affect reproductive success and offspring performance. Anim. Behav. 2003;65(1):105-114. DOI: 10.1006/anbe.2002.2027.

10. Gerlinskaya L.A., Shnayder E.P., Dotsenko A.S., Maslennikova S.O., Zavjalov E.L., Moshkin M.P. Antigen-induced changes in odor attractiveness and reproductive output in male mice. Brain Behav. Immun. 2012;26(5):451-458. DOI: 10.1016/j.bbi.2011.11.010.

11. Gowaty P.A., Anderson W.W., Bluhm C.K., Drickamer L.C., Kim Y.K., Moore A.J. The hypothesis of reproductive compensation and its assumptions about mate preferences and offspring viability. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007;104(38):15023-15027. DOI: 10.1073/pnas.0706622104.

12. Harvey S., Wiesler D., Novotny M. Formation of cyclic enol ethers from a labile biological precursor: an example of analytical artifacts. J. Chromatogr. 1989;491(1):27-36. DOI: 10.1016/S0378-4347(00)82816-9.

13. Hurst J.L., Beynon R.J. Scent wars: the chemobiology of competitive signalling in mice. Bioessays. 2004;26(12):1288-1298. DOI: 10.1002/bies.20147.

14. Ilmonen P., Stundner G., Thoß M., Penn D.J. Females prefer the scent of outbred males: good-genes-as-heterozygosity? BMC Evol. Biol. 2009;9:104. DOI: 10.1186/1471-2148-9-104.

15. Jemiolo B., Alberts J., Sochinski-Wiggins S., Harvey S., Novotny M. Behavioral and endocrine responses of female mice to synthetic analogues of volatile compounds in male urine. Anim. Behav. 1985; 33(4):1114-1118. DOI: 10.1016/S0003-3472(85)80170-6.

16. Jemiolo B., Harvey S., Novotny M. Promotion of the Whitten effect in female mice by synthetic analogs of male urinary constituents. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1986;83(12):4576-4579. DOI: 10.1073/pnas.83.12.4576.

17. Jemiolo B., Andreolini F., Wiesler D., Novotny M. Variations in mouse (Mus musculus) urinary volatiles during different periods of pregnancy and lactation. J. Chem. Ecol. 1987;13(9):1941-1956. DOI: 10.1007/BF01014677.

18. Jemiolo B., Xie T.M., Novotny M. Socio-sexual olfactory preference in female mice: attractiveness of synthetic chemosignals. Physiol. Behav. 1991;50(6):1119-1122. DOI: 10.1016/0031-9384(91)90570-E.

19. Kavaliers M., Colwell D.D. Discrimination by female mice between the odours of parasitized and non-parasitized males. Proc. R. Soc. Lond. B. 1995;261(1360):31-35. DOI: 10.1098/rspb.1995.0113.

20. Kokko H. Fisherian and “good genes” benefits of mate choice: how (not) to distinguish between them. Ecol. Lett. 2001;4(4):322-326. DOI: 10.1046/j.1461-0248.2001.00224.x.

21. Lin D.Y., Zhang S.Z., Block E., Katz L.C. Encoding social signals in the mouse main olfactory bulb. Nature. 2005;434(7032):470-477. DOI: 10.1038/nature03414.

22. Liu Y.J., Guo H.F., Zhang J.X., Zhang Y.H. Quantitative inheritance of volatile pheromones and darcin and their interaction in olfactory preferences of female mice. Sci. Rep. 2017;7(1):2094. DOI: 10.1038/s41598-017-02259-1.

23. Lombardi J.R., Vandenbergh J.G. Pheromonally induced sexual maturation in females: regulation by the social environment of the male. Science. 1977;196(4289):545-546. DOI: 10.1126/science.557838.

24. Ma W., Miao Z., Novotny M.V. Induction of estrus in grouped female mice (Mus domesticus) by synthetic analogues of preputial gland constituents. Chem. Senses. 1999;24(3):289-293. DOI: 10.1093/chemse/24.3.289.

25. Makas A.L., Troshkov M.L. Field gas chromatography-mass spectrometry for fast analysis. J. Chromatogr. B. 2004;800(1-2):55-61. DOI: 10.1016/j.jchromb.2003.08.054.

26. Manser A., König B., Lindholm A.K. Female house mice avoid fertilization by t haplotype incompatible males in a mate choice experiment. J. Evol. Biol. 2015;28(1):54-64. DOI: 10.1111/jeb.12525.

27. Moncho-Bogani J., Lanuza E., Hernández A., Novejarque A., Martı́nez-Garcı́a F. Attractive properties of sexual pheromones in mice: innate or learned? Physiol. Behav. 2002;77(1):167-176. DOI: 10.1016/S0031-9384(02)00842-9.

28. Moshkin M.P., Kolosova I.E., Novikov E.A., Litvinova E.A., Mershieva L.V., Mak V.V., Petrovskii D.V. Co-modulation of the immune function and the reproductive chemosignals. Asian-Aust. J. Anim. Sci. 2001;14:43-51.

29. Moshkin M.P., Gerlinskaya L.A., Morozova O., Bakhvalova V., Evsikov V. Behaviour, chemosignals and endocrine functions in male mice infected with tick-borne encephalitis virus. Psychoneuroendocrinology. 2002;27(5):603-608. DOI: 10.1016/S0306-4530(01)00096-8.

30. Nelson A.C., Colson K.E., Harmon S., Potts W.K. Rapid adaptation to mammalian sociality via sexually selected traits. BMC Evol. Biol. 2013;13:81. DOI: 10.1186/1471-2148-13-81.

31. Novotny M., Harvey S., Jemiolo B., Alberts J. Synthetic pheromones that promote inter-male aggression in mice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1985;82(7):2059-2061. DOI: 10.1073/pnas.82.7.2059.

32. Novotny M., Harvey S., Jemiolo B. Chemistry of male dominance in the house mouse, Mus domesticus. Experientia. 1990;46(1):109-113. DOI: 10.1007/BF01955433.

33. Novotny M.V., Jemiolo B., Wiesler D., Ma W., Harvey S., Xu F., Xie T., Carmack M. A unique urinary constituent, 6-hydroxy-6-methyl-3-heptanone, is a pheromone that accelerates puberty in female mice. Chem. Biol. 1999a;6(6):377-383. DOI: 10.1016/S1074-5521(99)80049-0.

34. Novotny M.V., Ma W., Wiesler D., Zidek L. Positive identification of the puberty-accelerating pheromone of the house mouse: the volatile ligands associating with the major urinary protein. Proc. R. Soc. Lond. B. 1999b;266(1432):2017-2022. DOI: 10.1098/rspb.1999.0880.

35. Novotny M.V., Soini H.A., Koyama S., Wiesler D., Bruce K.E., Penn D.J. Chemical identification of MHC-influenced volatile compounds in mouse urine. I: Quantitative proportions of major chemosignals. J. Chem. Ecol. 2007;33(2):417-434. DOI: 10.1007/s10886-006-9230-9.

36. Osada K., Yamazaki K., Curran M., Bard J., Smith B.P., Beauchamp G.K. The scent of age. Proc. R. Soc. Lond. B. 2003;270(1518):929-933. DOI: 10.1098/rspb.2002.2308.

37. Osada K., Tashiro T., Mori K., Izumi H. The identification of attractive volatiles in aged male mouse urine. Chem. Senses. 2008;33(9):815-823. DOI: 10.1093/chemse/bjn045.

38. Parkening T.A., Collins T.J., Au W.W. Paternal age and its effects on reproduction in C57BL/6NNia mice. J. Gerontol. 1988;43(3): B79-B84. DOI: 10.1093/geronj/43.3.B79.

39. Penn D.J., Potts W.K. Untrained mice discriminate MHC-determined odors. Physiol. Behav. 1998;64(3):235-243. DOI: 10.1016/S0031-9384(98)00052-3.

40. Raveh S., Sutalo S., Thonhauser K.E., Thoß M., Hettyey A., Winkelser F., Penn D.J. Female partner preferences enhance offspring ability to survive an infection. BMC Evol. Biol. 2014;14:14. DOI: 10.1186/1471-2148-14-14.

41. Roberts S.C., Gosling L.M. Genetic similarity and quality interact in mate choice decisions by female mice. Nat. Genet. 2003;35(1):103-106. DOI: 10.1038/ng1231.

42. Röck F., Hadeler K.P., Rammensee H.G., Overath P. Quantitative analysis of mouse urine volatiles: in search of MHC-dependent differences. PLoS One. 2007;2(5):e429. DOI: 10.1371/journal.pone.0000429.

43. Schaefer M.L., Wongravee K., Holmboe M.E., Heinrich N.M., Dixon S.J., Zeskind J.E., Kulaga H.M., Brereton R.G., Reed R.R., Trevejo J.M. Mouse urinary biomarkers provide signatures of maturation, diet, stress level, and diurnal rhythm. Chem. Senses. 2010; 35(6):459-471. DOI: 10.1093/chemse/bjq032.

44. Schwende F.J., Wiesler D., Jorgenson J.W., Carmack M., Novotny M. Urinary volatile constituents of the house mouse, Mus musculus, and their endocrine dependency. J. Chem. Ecol. 1986;12(1):277-296. DOI: 10.1007/BF01045611.

45. Varshavi D., Scott F.H., Varshavi D., Veeravalli S., Phillips I.R., Veselkov K., Strittmatter N., Takats Z., Shephard E.A., Everett J.R. Metabolic biomarkers of ageing in C57BL/6J wild-type and flavin-containing monooxygenase 5 (FMO5)-knockout mice. Front. Mol. Biosci. 2018;5:28. DOI: 10.3389/fmolb.2018.00028.

46. Veyrac A., Wang G., Baum M.J., Bakker J. The main and accessory olfactory systems of female mice are activated differentially by dominant versus subordinate male urinary odors. Brain Res. 2011; 1402:20-29. DOI: 10.1016/j.brainres.2011.05.035.

47. Whitten W.K., Bronson F.H., Greenstein J.A. Estrus-inducing pheromone of male mice: transport by movement of air. Science. 1968; 161(3841):584-585. DOI: 10.1126/science.161.3841.5.

48. Willis C., Poulin R. Preference of female rats for the odours of nonparasitized males: the smell of good genes. Folia Parasitol. 2000; 47(1):6-10. DOI: 10.14411/fp.2000.002.

49. Zala S.M., Potts W.K., Penn D.J. Scent-marking displays provide honest signals of health and infection. Behav. Ecol. 2004;15(2):338-344. DOI: 10.1093/beheco/arh022.

50. Zala S.M., Bilak A., Perkins M., Potts W.K., Penn D.J. Female house mice initially shun infected males, but do not avoid mating with them. Behav. Ecol. Sociobiol. 2015;69:715-722. DOI: 10.1007/s00265-015-1884-2.

51. Zhang J.X., Rao X.P., Sun L., Zhao C.H., Qin X.W. Putative chemical signals about sex, individuality, and genetic background in the preputial gland and urine of the house mouse (Mus musculus). Chem. Senses. 2007;32(3):293-303. DOI: 10.1093/chemse/bjl058.