ВЛИЯНИЕ ЗАПАХА ХИЩНИКА НА ДВИГАТЕЛЬНУЮ АКТИВНОСТЬ И УРОВЕНЬ ТРЕВОЖНОСТИ У САМЦОВ КРЫС ВИСТАР

Достаточно давно было показано, что запах хищника вызывает аверсивную реакцию, избегание, страх и повышение уровня тревож­ности у жертвы [2, 5]. Эти поведенческие реакции удобно изучать на грызунах, так как в естественной среде они подвержены влиянию множества хищников [12]. Обоняние же для них играет огромную роль в добывании пищи, социальном взаимодействии и в защите. Было показано, что воздействие хищника может приводить к долговременному стрессу у грызунов, в следствии чего может происходить серьезные репродуктивные изменения такие как рассасывание беременности [16, 18]. Также частое предъявление этого запаха понижает агрессию и соци­альный ранг у хомяков [18].

У мышей предъявление мочи кота самцам также приводило к возрастанию агрессия друг к другу [19]. Самки показали предпочтение к исследованию запаха последних, что можно связать с появлением в их моче феромонов, привлекающих самку и говорящих о доми­нантности самца [11]. На основании этого исследования можно говорить об аверсивной реакции у мышей, вызываемой запахом хищника. Это связано с тем, что стимул жизненно важен для них, то есть невосприятие этого стимула может стоить им жизни. Влияние запаха кота на повышение привлекательности самца, на которого воздействовал запах хищника, может быть основано повышении его социального статуса, то есть установлении его доминантного статуса из-за высокого уровня агрессии [7], а также на влиянии специальных феромонов, привлекающих самок [9]. Соответственно, запах хищника может влиять на поведение крыс не только негативно, так как в естественной среде, высокий уровень агрессии увеличивает у крысы шансы на выживание [8]. Также авторы делают вывод, что хищник может не являться стрессором для животного.

В различных исследованиях было показано, что триметилтиазолин (TMT) - компонента экскрементов лисы - вызывает реакцию избегания и замирания у крыс [6], в то время как при действии запаха кота происходит оборонительная реакция, так как он возбуждает различные структуры дополнительной обонятельной системы [4, 10, 13]. При срав­нении влияния этих запахов в одном эксперименте показано, что крысы, которым предъявляли запах кота пытались выпрыгнуть из клетки и показывали меньшую длительность груминга, чем крысы, которым предъявляли ТМТ [14]. Также, с помощью гистологического метода было показано, что только предъявление запаха кота увеличивало синтез специфических клеток (Fos expression) во всей дополнительной обоня­тельной системе, в особенности в амигдале. Предъявление же ТМТ вызывало этот эффект только в дополнительной обонятельной системе. Из этого следует, что ТМТ и запах кота воздействуют на поведение крыс на поведенческом и нейрональном уровне. Только запах кота индуцирует попытки покинуть клетку, ингибирует адаптивное поведение (груминг), активируя те области мозга, которые отвечают за оборонительное поведение [4, 10, 13], также запускает синтез клеток в дополнительной обонятельной системе. Предполагают, что запах кота содержит феро­мон - подобное вещество и воздействует на вомероназальный орган. Активацию же основной обонятельной системы ТМТ и частично формальдегидом, можно объяснить лишь увеличением запаховой чувствительности к этим агентам [14]. Можно заключить, что запах кота и лисы оказывают разные эффекты на крыс [1].

Предполагается, что орексины участвуют в модулировании тревожности. Показано, что тревожность, вызываемая запахом кошки, ослабляется антагонистом рецептора орексина SB-334867 [15]. На осно­вании исследования с использованием антагониста авторы сделали вывод о понижающем тревожность в ответ на запах хищника эффекте орексина. Латеральное ядро прозрачной перегородки участвует в реакциях тревожности (например, инактивация ядра приводит к тому, что крыса избегает открытых рукавов приподнятого крестообразного лабиринта). Однако, предполагается, что она не участвует в реакции на запах хищника [3]. Важным для становления реакций на стресс является ранний подростковый возраст. Повторное предъявление запаха хищника в постнатальный период снижало тревожность крыс во взрослом состоянии [17].

Задачей данного исследование было изучение влияния запаха хищника на уровень тревожности и двигательной активности у самцов крыс через разные интервала времени после экспозиции запаха.

Эксперимент состоял из трех серий опытов. В каждой из серий животных делили на две группы – опытные и контрольные. Контроль­ным животным предъявлялся физиологический раствор (0,9 % NaCl). Опытным – моча кота, питающегося только белковой пищей. Растворы помещались в чашку Петри, покрытую сверху металлической конструк­цией, препятствующей физическому контакту животного с жидкостью. В первой серии животное отсаживалось в одиночную клетку. Время экспозиции составляло 15 минут. Во второй и третьей серии чашку Петри помещали в жилую клетку для предотвращения стрессорной реакции, возникающей при пересаживании из клетки в клетку. После этого опытных и контрольных крыс рассаживали по жилым клеткам на 15 минут в первой серии, на 4 часа во второй и на 24 час в третьей.

Далее, животных тестировали в приподнятом крестообразном лабиринте (ПКЛ) в течении 5 минут. Приподнятый крестообразный лабиринт – общепризнанный классический тест на тревожность, обладающий высокой валидностью. Тестирование в ПКЛ лабиринте основано на конфликте между естественным страхом грызунов перед открытыми освещенными площадками и витальной потребностью исследовать новое пространство. Время, проведенное в открытых рукавах, служит показателем уровня тревожности животного: чем больше время пребывания в открытых рукавах, тем ниже тревожность.

Анализ поведения животных в ПКЛ показал, что через 15 минут после предъявления стимула у животных наблюдается изменение некоторых параметров поведения. Так, наблюдалось увеличение уровня тревожности у опытных животных по сравнению с контролем, определяемое по времени нахождения в открытых рукавах (уровень тревожности обратно пропорционален времени пребывания в открытых рукавах). Также наблюдалось статистически значимое изменение дви­гательной активности, оцениваемое по времени неподвижности крысы.

Однако, некоторые характеристики поведения не претерпели изменения: не было выявлено достоверных различий по количеству пройденных квадратов, по времени груминга, по количеству стоек.

Увеличение тревожности в ответ на предъявление мочи кота является адаптивной формой поведения, поскольку запах хищника свидетельствует о его возможном присутствии и, вследствие этого, животному надо принимать соответствующие меры, то есть проявлять большую осторожность. Уменьшение длительности покоя почти в два раза (рис. 2), т.е. увеличение двигательной активности также обеспе­чивает большую вероятность выживания в присутствии хищника.

Рисунок 1. Влияние запаха хищника на уровень тревожности через 15 минут после его предъявления. По горизонтали – группы животных. По вертикали – время пребывания крысы в открытых рукавах ПКЛ в секундах (с), * - p<0.05

Рисунок 2. Влияние запаха хищника на длительность покоя через 15 минут после его предъявления. По горизонтали – группы животных. По вертикали – длительность неподвижности крысы в секундах (с), ** - p<0.05

Через 4 часа после предъявления стимула среди опытных животных увеличивается количество крыс, которые все время эксперимента провели в открытых рукавах (5 из 8 опытных против 3 из 10 – контрольных), хотя общее время пребывания крыс обоих групп в открытых рукавах статистически значимо не отличалось (рис. 4).

Двигательная активность у крыс опытной группы возрастает. Таким образом, можно говорить о том, что у животных опытной группы наблюдаются дезадаптации поведения, так как по своей природе крысам свойственно нахождение в закрытых пространствах и высокая двигательная активность, соответственно такая специфическая форма ответа на запах хищника резко снижает их шансы на выживание.

Рисунок 3. Влияние экспозиции запахов на уровень тревожности самцов крыс через 4 часа предъявления. По горизонтали – группы животных. По вертикали – время пребывания крысы в открытых рукавах ПКЛ в секундах (с)

Рисунок 4. Влияние экспозиции запахов на уровень тревожности самцов крыс через 4 часа предъявления. По горизонтали – группы животных. По вертикали – время в открытых рукавах дисперсия признака. Каждая точка – данные по одному животному

Рисунок 5. Среднее количество пройденных квадратов через 4 часа. По горизонтали – группы животных. По вертикали – среднее количество пройденных квадратов. * - p<0.05

Через 24 часа все изменения в поведении, вызванные предъявле­нием запаха кота, нивелируются. Не выявляется достоверных различий ни по количеству пройденных квадратов, ни по количеству стоек, ни по времени пребывания в открытых рукавах. Животное приходит в норму.

Таким образом, на основании сравнения поведения животных через различные интервалы времени после предъявления запаха мочи кота, можно сделать следующее заключение.

Через 15 минут после предъявления запаха хищника самцам крыс происходит увеличение их тревожности, что мы видим по преиму­щественному нахождению крыс опытной группы в закрытых рукавах, а также увеличению двигательной активности. Эти результаты согласу­ются с литературными данными, где также было показано увеличение тревожности у грызунов на предъявление запаха хищника при хрони­ческом предъявлении [2, 5]. Кроме того, показано, что предъявление запаха кота вызывает у крыс аверсивную реакцию без возможности привыкнуть к этому запаху и повышение уровня агрессии [20]. Стоит заметить, что у 80 % опытных животных наблюдались агонистические взаимодействия. Количество и длительность драк не регистрировалось. Этот феномен был также показан в литературе. Принято считать, что возрастание агрессии может увеличивать адаптивную способность крысы в живой природе [8].

Через 4 часа после предъявления запаха происходит дезадаптация в поведении у крыс, в следствии снижения тревожности и двигательной активности. Реакция дезадаптации животных, выраженная в уменьшении длительности груминга, также была выявлена в работах Стаплеса и др. [14].

Через 24 часа в нашем эксперименте было показано исчезновение всех различий между животными опытной и контрольной групп крыс, так как, вероятно исчезает целесообразность реакции.

Можно предположить, что выявленные реакции крыс на мочу кота, возможно, основаны на действии специфических феромонов, воздействующих на дополнительную обонятельную систему [4, 13], индуцирующих специфическую реакцию у крыс. Такая реакция, вероятно, может быть результатом длительной коэволюции этих двух видов.

Список литературы:

1. Brennan P.A., Kendrick K.M. Mammalian social odours: Attraction and individual recognition // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2006. № 1476 (361). C. 2061–2078.
2. Burwash M.D. et al.. Laboratory evaluation of predator odors for eliciting an avoidance response in roof rats (Rattus rattus) // Journal of Chemical Ecology. 1998. № 1 (24). C. 49–66.
3. Chee S.S.A., Patel R., Menard J.L. Infusions of muscimol into the lateral septum do not reduce rats’ defensive behaviors toward a cat odor stimulus // Neuroscience Letters. 2015. (584). C. 373–377.
4. Dielenberg R.A., Hunt G.E., McGregor I.S. «When a rat smells a cat»: The distribution of Fos immunoreactivity in rat brain following exposure to a predatory odor // Neuroscience. 2001. № 4 (104). C. 1085–1097.
5. Engelhart A., Müller-Schwarze D. Responses of beaver (Castor canadensis Kuhl) to predator chemicals // Journal of Chemical Ecology. 1995. № 9 (21). C. 1349–1364.
6. Fendt M. et al. TMT-induced autonomic and behavioral changes and the neural basis of its processing // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2005. № 8 (29). C. 1145–1156.
7. Francis R.C. On the Relationship between Aggression and Social Dominance // Ethology. 2010. № 3 (78). C. 223–237.
8. Haemisch A., Voss T., Gärtner K. Effects of environmental enrichment on aggressive behavior, dominance hierarchies, and endocrine states in male DBA/2J mice // Physiology and Behavior. 1994. № 5 (56). C. 1041–1048.
9. Jemiolo B. et al. Behavioural and endocrine responses of female mice to synthetic analogues of volatile compounds in male urine // Animal Behaviour. 1985. № 4 (33). C. 1114–1118.
10. McGregor I.S. Neural Correlates of Cat Odor-Induced Anxiety in Rats: Region-Specific Effects of the Benzodiazepine Midazolam // Journal of Neuroscience. 2004. № 17 (24). C. 4134–4144.
11. Novotny M., Harvey S., Jemiolo B. Chemistry of male dominance in the house mouse,Mus domesticus // Experientia. 1990. № 1 (46). C. 109–113.
12. Perrot-Sinal T., Ossenkopp K.-P., Kavaliers M. Influence of a natural stressor (predator odor) on locomotor activity in the meadow vole (Microtus pennsylvanicus): modulation by sex, reproductive condition and gonadal hormones // Psychoneuroendocrinology. 2000. № 3 (25). C. 259–276.
13. Staples L.G. et al. Neural activation during cat odor-induced conditioned fear and ‘trial 2’ fear in rats // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2005. № 8 (29). C. 1265–1277.
14. Staples L.G. et al. Cat odor, but not trimethylthiazoline (fox odor), activates accessory olfactory and defense-related brain regions in rats // Neuroscience. 2008. № 4 (151). C. 937–947.
15. Vanderhaven M.W., Cornish J.L., Staples L.G. The orexin-1 receptor antagonist SB-334867 decreases anxiety-like behavior and c-Fos expression in the hypothalamus of rats exposed to cat odor // Behavioural Brain Research. 2015. (278). C. 563–568.
16. Vasilieva N.Y., Cherepanova E.V., Safronova L.D. Influence of Cats’ Urinary Chemosignals on Sexual Maturation and Meiosis in Campbell’s Hamster Males (Phodopus Campbelli) Boston, MA: Springer US, 1999. 445–455 с.
17. Wah D.T.O. et al. Predator odor exposure in early adolescence influences the effects of the bacterial product, propionic acid, on anxiety, sensorimotor gating, and acoustic startle response in male rats in later adolescence and adulthood // Physiology and Behavior. 2019. (199). C. 35–46.
18. Zhang J.X. et al. Effects of weasel odor on behavior and physiology of two hamster species // Physiology & Behavior. 2003. № 4–5 (79). C. 549–552.
19. Zhang J.X., Sun L., Novotny M. Mice Respond Differently to Urine and Its Major Volatile Constituents from Male and Female Ferrets // Journal of Chemical Ecology. 2007. № 3 (33). C. 603–612.
20. Zhang J.X. et al. Chronic exposure of cat odor enhances aggression, urinary attractiveness and sex pheromones of mice // Journal of Ethology. 2008. № 2 (26). C. 279–286.