De stapel katoenen en hamsterbedden stijgt en valt gestaag, alsof de twee prairiemuizen zich eronder nestelen en tegelijkertijd ademen. In het wild zouden deze 'chips van de prairie' het geluk hebben om een paar maanden van het bedrijf van een partner te genieten: Hun snackbare grootte maakt ze populair bij wezels, haviken en slangen. Maar hier in de broedkooien in Atlanta's Yerkes National Primate Research Center, kunnen de woelmuizen twee of drie jaar zalige samenwonen verwachten, waarbij ze nesten worden uitgeworpen met een snelheid van één per maand.
gerelateerde inhoud
- Dit zijn jouw hersens over het vaderschap
"Het leven is goed", zegt Larry Young, een onderzoeker van Yerkes die al bijna twintig jaar woelmuizen bestudeert. 'Ze hebben een partner. Nestmateriaal. Geen parasieten. Al het konijnenvoer dat ze maar wilden. '
Voles lijkt misschien geanimeerde pompoms met glanzende, waakzame ogen voor jou en mij, maar Young en zijn collega's zien ze als de sleutel tot het begrijpen van enkele van de meest tedere en mysterieuze impulsen van de mensheid: waarom we voor onze partners zorgen, onze kinderen verwennen, zelfs treuren onze doden. Het woord "woelmuis" is tenslotte een anagram voor "liefde".
"Mijn werk is allemaal gericht op deze centrale vraag: waarom gaan we op dezelfde manier met anderen om?" Zegt Young. Het antwoord komt volgens hem bijna altijd neer op neurochemie, maar het is geen gemakkelijk onderwerp om te bestuderen. Wetenschappers kunnen niet veel knoeien met de hersenen van mensen of andere levende primaten, en dode zijn niet veel gebruik. Veel moleculaire onderzoeken van de geest hebben zich, in goede of slechte zin, gericht op de witte laboratoriummuis, maar Young wijst dit diermodel af als 'een zak mutaties'. Na een eeuw van inteelt voor medisch onderzoek is het veel te ver verwijderd van de natuur .
De woelmuis is nauw verwant aan de lemming en lijkt op een hamster. (Joel Sartore / National Geographic Creative) 
In tegenstelling tot 97 procent van de zoogdieren zijn woelmuizen monogaam en vormen ze banden die lang na het paren blijven (vaak voor het leven, zij het een korte). (Joel Sartore / National Geographic Creative) 
Een mannelijke prairie-woelmuts blijft bij zijn vrouwelijke partner en brengt meer dan 60 procent van zijn tijd door in het nest met de pups. (Todd Ahern) 
Larry Young bestudeert al bijna twintig jaar woelmuizen. Eerder onderzoek onderzocht hoe genen gedrag in whiptail-hagedissen sturen. (Met dank aan Larry Young) 
Door woelmuizen te bestuderen, heeft Larry Young geleerd dat slechts een handvol moleculen onze sociale interacties orkestreert. (Courtesy Larry Young) 
Prairie woelmuizen nestelen meestal in ondergrondse holen. Ze knippen gras op het oppervlak om een netwerk van paden te creëren van twee centimeter breed en tot 80 voet lang. (Yva Momatiuk en John Eastcott) 
Prairie woelmuizen leven in grasrijke habitats met droge grond. Overvloedig grondafval is een pre; de woelmuizen gebruiken het om hun netwerk van paden te verbergen. (Yva Momatiuk en John Eastcott) De woelmuis, nauw verwant aan lemmings en lijkt op hamsters, is een veel nieuwer experimenteel onderwerp: de eerste prairiemuizen die zijn ontworpen om genen van een andere soort te bezitten, kwamen pas in 2009 op het toneel (ze gloeiden groen omdat ze waren getagd met een fluorescerend kwalleneiwit bedoeld om visueel aan te geven dat de DNA-overdracht heeft gewerkt.) In 2012 lazen wetenschappers het DNA eerst voor in het genetische instructieboek of genoom van de woelmuis. En hoewel het knaagdier in sommige opzichten een bucktoothed-boer is als elke andere, soms als een ongedierte beschouwd door tuiniers, vertoont het sociale kenmerken die we als diep menselijk beschouwen.
Het meest opvallend is dat woelmuizen - in tegenstelling tot 97 procent van de zoogdieren - monogaam zijn en banden vormen die lang na de paring blijven (vaak voor het leven, zij het een korte). "Mannelijke en vrouwelijke komen samen, mannelijke rechtbanken de vrouwelijke zodat ze in estrus gaat, en ze paren, " legt Young uit. "En dan gebeurt er iets in de tijd dat ze paren, en in de uren daarna, zodat die twee dieren een band hebben en ze altijd bij elkaar willen blijven." In plaats van de volgende baby's aan het lot over te laten, blijven de mannetjes hangen om ze op te voeden . Het vrouwtje verwacht duidelijk deze follow-up, terwijl ze haar man aan zijn nek trekt als hij zijn deel niet doet. En wanneer een partner sterft, ervaren woelmuizen iets verwant aan verdriet.
Misschien wel het meest opwindende van alles, vanuit wetenschappelijk perspectief, prairiemuizen hebben bijna identieke neven en nichten die weilandmuizen worden genoemd en die geen van hun sociale neigingen delen. Door de trouwe knaagdieren te vergelijken met hun promiscue doppelgängers, hopen Young en zijn collega's de neurale circuits achter de monogame neigingen van de prairie vole te onthullen. "De prairie voles hunkeren naar sociaal contact, en de weide woelmuizen niet, " zegt Young.
Een 'buitengewoon geschenk aan de wetenschap' is hoe Thomas Insel, hoofd van het National Institute of Mental Health en een pionier in woelmuizenstudies, de beestjes beschrijft. "Het experiment is al gedaan door de natuur, " zegt hij. “Wat zijn de resultaten? Wat is genetisch gemodificeerd in de hersenen om dit verschil in gedrag te krijgen? "
Young gebruikt hiervoor een verbluffend geavanceerde set van biomoleculaire hulpmiddelen, van genetische sequencing tot transcriptomica.
Maar kan een dier zo bescheiden als de prairie-woelmuis, die pas recentelijk uit de Amerikaanse vlaktes is gerekruteerd, echt geheimen hebben over menselijke raadsels zoals ontrouw, en misschien zelfs sociale stoornissen zoals autisme? Absoluut, zegt Young, die zelf het leven begon als een provinciaal wezen, geboren "een mijl langs een onverharde weg" in het zand- en dennenland van Sylvester, Georgia. (Hij heeft daar nog steeds een hut, waar hij geciteerde afgestudeerde studenten via geiten villen en andere praktijken waagt.) Hij had nog nooit van DNA gehoord tot na de middelbare school. Een deel van zijn interesse in woelmuizengedrag en hersenstructuur lijkt voort te komen uit nieuwsgierigheid naar zijn eigen levenspad: huwelijk, scheiding, hertrouwen, vijf kinderen en een voortdurende liefdesaffaire met neurowetenschap die hem ver van zijn landelijke wortels heeft gehaald.
***
De prairie vole trok voor het eerst de aandacht van de wetenschap in de jaren 1970, toen de mammalogist Lowell Getz een routine populatiestudie in de alfalfa velden en bluegrass weiden in de buurt van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, waar hij destijds les gaf, opende. Om 's nachts de temperatuur onder nul te verminderen, hielden hij en andere onderzoekers soms Jack Daniel's in de studieloods, samen met de gegevensbladen en ander materiaal. De alcohol was voor eigen consumptie van de onderzoekers; Smaaktesten hebben sindsdien aangetoond dat prairiemuizen zoals likeur en verdunde whisky in feite een goed aasmuis zijn.
Gebarsten maïs werkte goed genoeg in de vallen, maar de wetenschappers merkten iets ongewoons op. Prairie woelmuizen verschenen vaak in paren, vaak een man en een vrouw. Soms zouden de wetenschappers hetzelfde duo maanden later weer strikken. Deze paren vormden ongeveer 12 procent van de vangsten van volwassen prairiemuizen, vergeleken met slechts 2 procent onder andere gevangen woelmuizen. Om te weten wat er aan de hand was, voorzag Getz van een dozijn prairie-paar paren met miniatuur radiokragen aangedreven door batterijen voor gehoorapparaten. Hij volgde hun bewegingen door het dichte gras en ontdekte dat 11 van de 12 "koppels" min of meer permanent samenwoonden in ondergrondse holen, een gedrag dat bijna ongehoord was onder knaagdieren. Beide leden van het 12e koppel hadden andere partners in afzonderlijke liefdesnesten. Getz had blijkbaar de twee mid-tryst gevangen.
Verbaasd nam hij zijn bevindingen mee naar Sue Carter, een collega aan de Universiteit van Illinois die aan hamster-endocrinologie werkte. Vrouwelijke hamsters slachten routinematig en eten hun seksuele partners op. "Dat vond ik normaal", herinnert Carter zich. Ze was niet voorbereid op de gehechtheid van de woelmuizen aan hun partners, of wat langdurige en gepassioneerde paringsessies bleken te zijn ("We moesten ze op time-lapse-video zetten. Niemand kon daar 40 uur zitten!").
Maar wat maakt de gehechtheid zo sterk? Hoe smeedt een paar precies zijn band? Carter en anderen kwamen uiteindelijk terecht bij de chemische boodschapper oxytocine - ook een hormoon geassocieerd met de perceptie van sociale signalen, bevalling en moederlijke binding. Toen een vrouwelijke prairiemuis een injectie met oxytocine in haar hersenen kreeg, kroop ze meer samen met haar partner en vormde ze sterkere banden. Van een ander hormoon, vasopressine, gerelateerd aan territorialiteit, is vastgesteld dat het de binding van mannen bij mannen bevordert.
Misschien, zo stelden onderzoekers, had de evolutie meegaand op gevestigde neurale circuits. Als de hormonen die verantwoordelijk zijn voor het moederlijk gedrag bij vrouwen en territorialiteit bij mannen, tijdens de seks zouden worden vrijgegeven, zouden ze deze nieuwe man-vrouw-band kunnen bevorderen. Prairie vole seks, bijvoorbeeld, omvat een ongebruikelijke hoeveelheid vaginale cervicale stimulatie - waarschijnlijk een aangepast gedrag dat de oxytocine-afgifte veroorzaakt die normaal wordt geassocieerd met de bevalling. In plaats van een band met een baby, hecht de vrouw zich aan haar partner.
Latere studies toonden aan dat prairie-woelmuizen, in tegenstelling tot de binding-verwijderende weilandmuizen, oxytocine- en vasopressinereceptoren hebben in gebieden van de hersenen die worden geassocieerd met beloning en verslaving. De hersenen van de woelmuizen zijn opgetuigd om de beloning van seks te associëren met de aanwezigheid van een bepaalde partner, net zoals "een verslaafde leert een associatie met drugsparafernalia wanneer hij high wordt, dus zelfs zijn crackpijp wordt plezierig", zegt Young. Hij denkt dat de oddball face-to-face paringsstijl van mensen, die de unieke fysieke kenmerken van een partner benadrukt op het moment van beloning, waarschijnlijk ook dient om een plezierige verbinding met een enkel individu te versterken.
De woelmassa-onderzoeken van de vroege jaren 1990 intrigeerden Young, die moleculaire biologie op de universiteit had ontdekt. Na zijn afstuderen deed hij onderzoek in een laboratorium in Texas waar gender-buigende zweepstaarthagedissen werden bestudeerd, waarvan de fluctuerende hormonen hen toelaten om te schakelen tussen mannelijk en vrouwelijk gedrag. Hij ontdekte dat hij hun gedrag dramatisch kon veranderen door ze met een of ander hormoon te injecteren. Toen hij naar Yerkes ging, aan de Emory University, nam hij verschillende technieken mee die ook genactiviteit konden ontcijferen. In het eerste experiment in zijn soort in deze beestjes, bracht het team van Young een prairie-woelmegen dat codeert voor een vasopressinereceptor in een virus, en injecteerde het virus vervolgens in de beloningscentra van de weide-woelmuizen. Het punt? Om te zien of het buitenaardse DNA het gedrag van de weilandmuis zou veranderen. Dat gebeurde wel: naarmate de dieren opgroeiden, begonnen ze gedrag van paarbonden te vertonen. "We veranderden een weilandmuis in een prairiemeel, gedragsmatig", zegt hij.
Lang voordat hij met zijn woelmutswerk begon, begreep Young de kracht van de paarband: hij trouwde op zijn 18e verjaardag met zijn geliefde op de middelbare school. Young begrijpt nu dat elke paarbinding afhankelijk is van een reeks genen en chemische stoffen in de hersenen, waarschijnlijk samen met oxytocine en vasopressine. Zijn meest recente onderzoek gaat over transcriptomics, een veld gericht op messenger RNA, het genetische materiaal dat verantwoordelijk is voor het overbrengen van informatie van het DNA van een cel naar zijn eiwitproducerende machines. Terwijl het DNA van elke cel in het lichaam hetzelfde blijft, verandert het niveau van eiwitten dat wordt geproduceerd door de vertaling van dat DNA van minuut tot minuut. Young's lab probeert te kijken hoe messenger RNA fluctueert terwijl de mysterieuze prairie-woelmespaar-binding wordt gesmeed. Onderzoekers 'offeren' de dieren in verschillende stadia van het bindingsproces en extraheren vervolgens het mRNA. Als het mRNA-signaal aangeeft dat genen actief zijn tijdens het paren in prairiemuizen, maar niet weilandmuizen, worden die genen kandidaten voor studie. "We kunnen experimenten ontwerpen om die genen te manipuleren, " zegt Young, "en bepalen of ze betrokken zijn."
Evenzo staat hij te popelen om zijn nieuw gesequentieerde prairie woelgenoom naast het genoom van de weidewoel te bekijken, om verschillen te vinden die het waard zijn verder te worden onderzocht. De uitdaging is om computers zo veel genetische informatie te laten vergelijken en contrasteren.
"Er staat ons 50 jaar werk te wachten en heel veel dat we niet weten, " zegt hij.
***
Hier is een smerig geheimpje: Prairie woelmuizen zijn sociaal, maar niet seksueel, monogaam. Net als bij menselijke romances, sluit parenbinding niet uit wat onderzoekers opportunistische ontrouw noemen, zoals blijkt uit het tweetiming 12e koppel van Getz. Deze ontrouw betekent dat veel mannen jong buiten het nest verwekken - en per ongeluk de baby's van iemand anders kunnen opvoeden. (Ongeveer 10 procent van de jongeren is van een vader die niet de grootste vrijer van hun moeder is.) En net als in de menselijke datingspool, koppelen sommige mannen helemaal niet. Deze footloose individuen staan bekend als "zwervers."
Een van Young's claims op bekendheid is het vaststellen van een genetisch verschil tussen de carrière-vrijgezellen en de toegewijde partners. Het wordt aangetroffen in een deel van een vasopressine-receptorgen, een microsatelliet, repetitief genetisch materiaal dat lange tijd "junk-DNA" werd genoemd. Mannetjes met een lange versie van de microsatelliet zijn superieure paarbinders, omdat ze meer receptoren hebben in bepaalde hersengebieden, terwijl mannen met een korte versie mogelijk niet verbonden zijn.
Een vergelijkbare variatie kan ook van belang zijn bij mensen. Zweedse onderzoekers typeerden bijna 2.000 volwassenen en vroegen hen naar relaties. Mannen met twee exemplaren van een specifieke versie van een vasopressinereceptorgen maakten tweemaal zoveel kans op een crisis in hun huwelijk in het afgelopen jaar dan mannen met een of nul exemplaren. Hun partners toonden ook minder voldoening. Young heeft zijn eigen gen niet laten analyseren: 'Ik wil het niet weten', zegt hij.
Wat hij wel wil weten gaat meer over wat prairie woelmuizen van elkaar onderscheidt. Kunnen vroege levenservaringen een verschil maken? En kon dat verschil licht werpen op menselijk gedrag en sociale stoornissen?
Katie Barrett, een afgestudeerde student in het lab van Young, trekt meerdere handschoenen aan terwijl ze me naar een kamer vol volwassen woelmouwen leidt. "Het zijn bijten, " zegt ze, bij wijze van uitleg. De mannelijke woelmuizen in de kamer, elk zwervend in arena's in kamers in plaats van gewone kooien, zitten midden in een partnertest, de basis van veel onderzoek naar woelmuizen. Samen met het mannetje worden vrouwtjes met plastic ritsen vastgebonden aan tegenovergestelde uiteinden van elke arena. Een vrouw is de partner van de man, en een andere is een complete vreemdeling. Hoewel hij met beide kan paren, moet een goed verbonden man veel meer tijd doorbrengen met knuffelen met zijn partner. Een computerprogramma analyseert de bewegingen van zijn kleine, kleine lichaam en telt de minuten op.
Barrett heeft ontdekt dat babymuizen geïsoleerd van het likken en verzorgen van ouders, een interactie waarvan bekend is dat ze de productie van oxytocine stimuleert, problemen hebben met binding met toekomstige partners - maar alleen als de geïsoleerde muizen ook een relatief lage dichtheid van oxytocine-receptoren hebben in beloningsgebieden van de hersenen. Ze voert tests uit om erachter te komen of een oxytocine-stimulerend middel de sociale toekomst van de verwaarloosde dieren kan beschermen. "Kun je vroeg in het leven ingrijpen en je beschermen tegen deze uitkomst?" Vraagt Barrett.
Eerder onderzoek had aangetoond dat de effecten van oxytocine sterker waren bij vrouwen dan bij mannen, maar in de test van vandaag binden mannen die als pups worden behandeld vrij goed. "Dat had ik niet verwacht, " zegt Barrett. De vroege afgifte van oxytocine lijkt bij beide geslachten een sterker sociaal brein op te bouwen.
***
Woelmuizen, en bij uitbreiding oxytocine, beginnen verbeelding breder te vangen, hoewel het resultaat soms dom is. Er is het zelfhulpboek Make Love Like a Prairie Vole: Zes stappen naar gepassioneerde, overvloedige en monogame seks, evenals een geur genaamd "Liquid Trust", een synthetische oxytocinespray die zowel voor "singles" als voor "verkopers" wordt verkocht. Young wijst er natuurlijk op, zelfs als de spray werkt (en hij zegt niet dat dit het geval is), zou de drager veel meer van het hormoon inhaleren dan een potentieel doelwit: "Wie gaat er vertrouwen in wie?", Lacht hij.
Maar sommige menselijke toepassingen zijn behoorlijk serieus. Een van de belangrijkste interesses van Young zijn autismetherapieën. "Autisme is een aandoening waarbij sociale signalen niet zo opvallend zijn, kinderen niet gemotiveerd zijn om met anderen te communiceren en moeite hebben met het lezen van emoties, " merkt hij op. "Al deze sociale dingen, oxytocine lijkt te stimuleren." Reeds synthetische oxytocine, toegediend via de neus, wordt gebruikt in experimentele behandelingen gerelateerd aan autisme.
Er is echter een goede reden om voorzichtig te zijn met de genezende krachten van oxytocine. "Naar mijn mening zijn er niet genoeg voorlopige gegevens van dieren geweest", zegt Karen Bales, die sociale binding aan de Universiteit van Californië, Davis, bestudeert en zich zorgen maakt over de gevolgen van het blootstellen van ontwikkelende hersenen aan het molecuul. Bales en haar collega's hebben ontdekt dat blootstelling aan oxytocine het binden van paren op latere leeftijd kan remmen, met name bij mannelijke woelmuizen. En hoewel sommige onderzoeken, ook bij mensen, aantonen dat de molecule de socialiteit kan helpen, vinden anderen dat het effect afhangt van het individu en de situatie.
"Je moet oppassen voor voortijdige extrapolatie, " zegt Insel, van het National Institute of Mental Health. "Je wilt heel voorzichtig zijn en er niet vanuit gaan dat we heel, heel grote prairie woelmuizen zijn."
Op dit moment is Young's werk in rouwtherapie minder controversieel. Hij en een Duitse collega hebben onlangs bestudeerd wat er gebeurt als woelmuizen en hun levenspartners gescheiden raken. In rigoureuze stresstests, waaronder die waarbij knaagdieren in een beker water vielen, worstelden diegenen die net een partner hadden verloren veel minder dan de anderen. In plaats daarvan zweefden ze passief, het leek niet te kunnen schelen of ze leefden of stierven. In sommige opzichten leken hun symptomen op depressie. "Wanneer dieren deze paarbinding vormen, raken ze verslaafd aan die partner, en wanneer ze de partner verliezen, is het bijna alsof ze zich terugtrekken uit een medicijn, " legt Young uit. “Het is een onaangepast gevolg van iets dat evolutionair nuttig is. Het is liefdesziekte. '
Toen onderzoekers de hersenen van de nabestaanden ontleedden, ontdekten ze verhoogde niveaus van een chemische stof die corticotropin-releasing factor of CRF wordt genoemd. Als de chemische receptoren van de nabestaanden werden geblokkeerd, gedroegen de woelmuizen zich normaal en worstelden fel voor het leven. "Het helpt ons het neurocircuit te begrijpen dat mogelijk betrokken is bij depressie in het algemeen, " zegt Young.
Hij kent uit de eerste hand de pijn van scheiding. Ongeveer tien jaar geleden verliet zijn eerste vrouw, zijn partner sinds de middelbare school, zijn drie kinderen met zich mee. Maanden zweefde hij in een metaforische beker. "Ik woonde in een huis zonder meubels, " zegt hij. “Ik sliep op de matras van een klein kind. Ik realiseerde me de gevolgen die gebeuren wanneer je iemand verliest van wie je houdt, omdat ik er doorheen ben gegaan. Op het moment dat je er doorheen gaat, denk je niet aan experimenten en dingen - deze driften en drijfveren gebeuren gewoon. "
Young heeft sindsdien zijn momentum hersteld. Hij richtte onlangs het Centre for Translational Social Neuroscience op Emory op, dat zich richt op hoe fundamenteel dieronderzoek nieuwe behandelingen voor menselijke sociale aandoeningen kan informeren, en heeft een internationale bijeenkomst voor woelmuizenonderzoekers georganiseerd. Een wereldkaart op de muur van zijn kantoor laat zien hoe ver hij is gereisd van zijn "onverharde weg" van Sylvester. Op een gekke reis naar Madagaskar verzamelden hij en andere onderzoekers hersenstalen van twee nauw verwante soorten plevier, een ander dier met " liefde 'in zijn naam. De ene soort is monogaam en de andere niet. Young hoopt hun neurale bedrading te vergelijken met die van de woelmuizen.
Misschien wel het belangrijkste, hij bond ook weer een paar, dit keer met een andere neurowetenschapper. Tijdens het diner bespreken hij en zijn partner de fijnere punten van zijn hormoonwerk en hoe dit verband houdt met de menselijke conditie. Genetica en hersenchemie kunnen elke relatie vormen, maar ze zorgen niet voor magie op zichzelf. "Ik moet me nog steeds de verjaardag herinneren", zegt hij. "Ik moet nog steeds de bloemen kopen."
