Домашние кошки во многом полагаются на запахи, чтобы получать сведения о сородичах. Они собирают информацию из мочи и других пахучих меток, оставленных в окружающей среде. Эти химические следы могут продолжать передавать сообщения ещё долго после того, как оставившее их животное уже ушло.
Однако здесь возникает загадка. Многие пахучие молекулы испаряются, распадаются или меняются со временем. Если запах постоянно трансформируется, как другое животное всё ещё может определить, кто именно его оставил? Группа исследователей из Японии, Германии и Испании под руководством Университета Ивате, возможно, нашла часть ответа, изучая домашних кошек. Их эксперименты указывают на группу необычных жирных кислот, которые могут служить долговечной химической подписью в кошачьей моче.
Учёные выявили 13 жирных кислот с разветвлённой цепью (branched-chain fatty acids, BFA). Конкретный набор и пропорции этих соединений различались у разных кошек, но оставались относительно постоянными у одного и того же животного. Поведенческие тесты также показали, что кошки способны улавливать различия между профилями BFA, когда исследователи контролировали другие липиды в моче. Полученные данные позволяют предположить, что BFA могут выполнять роль прочной химической «визитной карточки», помогающей сохранять информацию об индивидуальности. Исследование будет опубликовано в журнале Current Biology.
Прежде чем искать involved химические вещества, учёным нужно было установить, что кошки действительно различают мочу разных особей. Когда животные сталкивались с одним и тем же образцом мочи repeatedly, они постепенно уделяли ему меньше времени. Но стоило предложить мочу другой кошки, как интерес возрастал, и они начинали принюхиваться дольше. Примечательно, что кошки продолжали слабее реагировать на ранее встречавшиеся запахи мочи даже после перерывов длиной в месяцы. Это говорит о том, что они могут сохранять долговременную память о конкретных запахах мочи. Исследователи также изучали реакцию флемена — характерную гримасу с приоткрытым ртом, часто возникающую при исследовании некоторых запахов. Кошки демонстрировали её чаще при обнюхивании незнакомой мочи, чем собственной. Когда один и тот же образец предъявляли снова и снова, реакция флемена становилась реже. Но при появлении мочи другого животного она вновь усиливалась. «Убедившись, что кошки различают индивидуальные запахи мочи, мы использовали реакцию флемена как подсказку для поиска мочевых молекул, которые могут участвовать в распознавании индивидуального запаха», — сказал профессор Масао Миядзаки из Университета Ивате, руководивший проектом.
Опираясь на поведение кошек, учёные сузили поиск до липидной фракции мочи, содержащей необычные BFA. В итоге они идентифицировали 13 таких соединений. Анализ научной литературы показал, что ранее не сообщалось о присутствии тех же BFA в выделениях или секретах млекопитающих. Обращал на себя внимание не столько сам факт наличия этих соединений, сколько их рисунок. У каждой кошки был свой профиль BFA, определяемый сочетанием и относительным содержанием разных жирных кислот. Эти профили заметно различались у разных животных, но оставались сравнительно стабильными при повторных взятии проб у одних и тех же кошек в разные даты. Генетика, по-видимому, тоже играла определённую роль. У родственных кошек профили BFA обычно были более схожими, хотя каждое животное всё равно сохраняло собственный различимый профиль даже в пределах одной семьи. Соединения также оказались довольно устойчивыми. Многие летучие вещества, отвечающие за запах мочи, начинают быстро меняться после выделения. BFA же являются полулетучими и испаряются медленнее. В образцах мочи, хранившихся при 25°C, характерные профили BFA отдельных кошек оставались относительно стабильными как минимум в течение 24 часов.
Затем исследователи проверили, могут ли сами кошки различать эти профили BFA. Они контролировали другие липидные компоненты в образцах мочи и меняли только фракцию, содержащую BFA донора. Кошки, уже привыкшие к исходному образцу, вновь начинали активнее принюхиваться, когда фракцию BFA подменяли. Такое изменение поведения свидетельствует о том, что кошки воспринимают различия в индивидуальном составе BFA. Результат укрепляет идею, что эти жирные кислоты могут нести значимую информацию об индивидуальности, а не быть просто необычными химическими побочными продуктами. Исследование также дало неожиданную подсказку, связанную с почками. Учёные обнаружили BFA в почке, но не в других изученных тканях. Липиды, содержащие BFA, также присутствовали среди нейтральных липидов, запасённых в каплях внутри коркового вещества почки. Эти почечные липидные капли озадачивали учёных более века. Известно, что у кошек их особенно много, но биологическое назначение оставалось неясным. Новые данные позволяют предположить, что капли служат резервуаром для хранения липидов с BFA. Такой резервуар может помогать поддерживать химическую подпись кошки относительно постоянной, даже когда диета или физиологические условия временно меняются. Сглаживая эти краткосрочные колебания, почка может способствовать сохранению более стабильного индивидуального химического профиля в моче. «Липидные капли в почке кошки известны более века, но почему у кошек их так много, оставалось загадкой, — сказал Миядзаки. — Наши findings позволяют предположить, что одна из их функций может заключаться в поддержании стабильной химической подписи в моче. Как именно BFA, хранящиеся в почечных липидах, в конечном итоге попадают в мочу, — важный вопрос для будущих исследований».
Исследователи также вышли за пределы домашних кошек, чтобы проверить, встречаются ли те же особенности у других представителей семейства кошачьих. Соединения, связанные с BFA, в моче и почечных липидных каплях были обнаружены у нескольких видов кошачьих, включая львов, тигров, леопардов, ягуаров, рысей и кота ириомоте. Однако точные профили BFA различались между видами. Учёные также отметили различия в количестве и распределении липидных капель в почках. Различия наблюдались даже между котом ириомоте и цусимским леопардовым котом — двумя географически изолированными формами леопардового кота, обитающими в Японии. В совокупности эти наблюдения позволяют предположить, что химия, связанная с BFA, и физиология почек могут быть широко распространены среди кошачьих, а также изменялись и диверсифицировались в ходе эволюции семейства. Используют ли львы, тигры и другие дикие кошачьи эти соединения для распознавания конкретных особей, пока не продемонстрировано. Это открытие также затрагивает более широкую проблему коммуникации животных. Пахучие метки должны передавать полезную информацию, хотя их химический состав начинает меняться сразу после нанесения. Понимание того, как животное может оставить стабильный сигнал индивидуальности, несмотря на эти химические изменения, давно является фундаментальным вопросом. Мыши дают одно из известных решений: у них белки мочи помогают сохранять индивидуальную информацию. Но у многих других млекопитающих подобная белковая система идентификации не установлена. Кошки могут использовать другую стратегию. Вместо того чтобы полагаться в первую очередь на белки, они, возможно, производят характерные комбинации полулетучих молекул липидного происхождения. Поскольку эти соединения исчезают медленнее и могут поддерживаться резервуаром липидов в почке, они способны帮助 сохранять химическую индивидуальность животного с течением времени. Пока эта работа относится к фундаментальной науке и не даёт немедленно нового продукта или технологии. Тем не менее findings указывают на несколько возможных будущих применений. Лучшее понимание BFA со временем может способствовать разработке методов контроля запаха кошачьей мочи. Почечные данные также могут помочь исследователям выяснить, почему накопление липидов является нормальной физиологической особенностью в одних ситуациях, но связано с заболеваниями в других. Возможны даже последствия для сохранения дикой природы. Если исследователи смогут показать, что профили BFA надёжно идентифицируют одно и то же животное по нескольким образцам мочи, моча, собранная в окружающей среде, потенциально может стать неинвазивным способом мониторинга редких диких кошачьих без необходимости отлавливать или напрямую наблюдать их. То, что начиналось как поиск химии, лежащей в основе распознавания запахов у кошек, может в итоге помочь объяснить как вековую загадку внутри кошачьих почек, так и более широкий вопрос о том, как животные оставляют узнаваемые идентичности в окружающей среде.