Эволюционно-генетические аспекты поведения: избранные труды - Леонид Крушинский

Однако, несмотря на несомненную ценность крыс как объекта экспериментального изучения генетики поведения, более удобным объектом являются мыши.

К настоящему времени известно свыше 100 линий мышей с мутациями, контролирующими развитие и функцию периферической и центральной нервной системы. Ряд мутаций приводит к нарушениям нервной деятельности, которые напоминают наследственные болезни человека (Sidman et al., 1965; Конюхов, 1969; Дыбан, 1974).

Гистолого-физиологические исследования показывают, что отдельные мутации поражают специфические отделы нервной системы (например, клетки Пуркинье мозжечка).

Эти факты, как справедливо указывает А. П. Дыбан (1974), говорят о том, что, несмотря на большую сложность самого процесса развития нервной системы, осуществляющегося при взаимодействии и под контролем многих генов, есть основание надеяться, что будут найдены те локусы, которые оказывают ведущее влияние на дифференциацию определенных популяций нервных клеток, детерминирующих их функциональные свойства.

И все же, несмотря на то что среди позвоночных животных генетика мышей изучена лучше всего, тем не менее исследование элементарных процессов, лежащих в основе простых поведенческих актов, гораздо удобнее проводить на еще более просто организованных животных.

Уже несколько десятков лет назад муха дрозофила привлекла внимание генетиков как возможный объект для изучения генетики поведения.

Одно из первых генетических исследований, проведенных на Drosophila melanogaster, принадлежит Р. А. Мазинг (1945). Работа, начатая перед самой войной в Колтушах, не прекращалась и в период блокады Ленинграда. Р. А. Мазинг изучала влияние генотипических факторов на фотореакцию и избирательную способность самок дрозофил к яйцекладке в различные среды. Исследования показало, что путем селекции можно вывести линии мух, выбирающих разную среду для яйцекладки. Эти различия обусловливаются аддитивными наследственными факторами (Мазинг, 1945). Изучение фотореакции показало, что особенности поведения мух нормальной линии доминирует над особенностями фотореакции линий white и vestigial. Путем селекции было доказано, что слабая фотореакция мух этих мутантных линий не является результатом плейотропного действия данных генов. При замене генотипической среды мух vg и w генотипической средой дикой линии их фотореакция оказывалась идентичной той, которая характерна для мух дикого типа. Эти исследования указывают на то, что тип поведения, характерный для линии мух, может быть отдифференцирован от морфологических особенностей той линии, в которой он наблюдается.

За последние годы изучения генетики поведения на дрозофилах, а также медоносных пчелах ведется рядом исследователей. В Советском Союзе весьма плодотворные исследования проводятся в Институте физиологии имени И. П. Павлова и в Ленинградском государственном университете. За рубежом, особенно в США, рядом генетиков проводятся интенсивные исследования поведения. Инициатива изучения генетики поведения принадлежит Бензеру.

Уникальность изучения генетики поведения на насекомых заключается в том, что у них в отличие от позвоночных животных мозаичный, а не регуляторный тип развития. Среди насекомых встречаются мозаичные (или гинандроморфные) особи, у которых участки тела имеют XX (самковую) и ХО (самцовую) ткань. Такие особи появляются иногда случайно в популяции насекомых. Уайтинг (Whiting, 1932) описал аномалии в поведении мозаичных особей у ос (Habrobracon juglandis).

У дрозофил гинандроморфные особи могут быть получены по желанию экспериментатора. Это достигается при использовании линии мух, имеющей кольцевую Х-хромосому, которая очень часто теряется в процессе онтогенетического развития, особенно на ранних его этапах.

Исследования Конопки и Бензера (Konopka, Benzer, 1971) показали, что на гинандроморфных особях можно анализировать даже относительно сложные формы поведения у дрозофил. Исследовался циркадный ритм. Первый этап работы показал, что ткань головы ответственна за осуществление суточного ритма. Биологические часы каждой линии мух определяются генетической особенностью ткани головы. Муха, имеющая мутантную голову, подчиняется суточному ритму, характерному для данной мутации, если даже ее тело имеет гены нормальной (дикой) мухи. В том случае, если голова мухи наполовину мутантная, а наполовину нормальная, муха может не подчиняться ни тому, ни другому ритму, а подчиняется некоему более сложному новому ритму. Такая модель, как указывает Бензер, может способствовать пониманию того, как взаимодействуют оба «полушария» мозга мухи при формирования нормального поведения.

Чрезвычайно важны данные получены при изучении генетики поведения у дрозофил Икедой и Капланом (Ikeda, Kaplan, 1970 a, b). Эти исследования имеют самое непосредственное отношение к пониманию природы функциональной активности мозга. Они дали прямое доказательство зависимости функциональной активности нейрона от одного гена. Авторами была выведена линия мух D. melanogaster, у которых при выходе из эфирного наркоза наблюдалось подергивание лапок. Ген, обуславливающий эту особенность, оказался локализованным в Х-хромосоме. В ту же хромосому были введены маркеры, изменяющие окраску тела мухи. Изучение мозаичных мух этой линии показало, что гиперкинез, вызываемый данным геном, связан только с грудным ганглием мухи. Мотонейроны каждой стороны тела функционируют независимо друг от друга.

При записи биопотенциалов единичных мотонейронов было обнаружено, что аномальная двигательная активность лапки, определяемая действием гена Hk1р, полностью соответствует появлению характерной биоэлектрической активности в нейроне.

Перерезка периферических нервов (нервных отростков) не отразилась на характере импульсной активности. Эти данные указывают на то, что биоэлектрическая активность, регистрируемая в момент гиперкинеза, имеет афферентную природу и связана с наличием в нейроне гена Hk1р.

Трудно переоценить значение этой работы. В ней дается прямое доказательство того, что биоэлектрическая активность нейрона зависит от его, генетического аппарата.

Этот факт дает основание для совершенно нового подхода к рассмотрению роли нейронов в осуществлении поведенческого акта.

В настоящее время имеются все основания для рассмотрения нейрона как единицы, функциональная активность которой интимно связана с ее генетическим аппаратом. Принятие этого положения объясняет одну из сторон хорошо известного всем физиологам факта: наличие в различных отделах мозга нейронов, специфически отвечающих изменением своей электрической активности на действие раздражителей разной модальности.

В самых различных отделах мозга существуют специфические нейроны, изменяющие биоэлектрическую активность в ответ на любые раздражители, связанные с основными параметрами окружающего мира: пространством, временем и движением.

Генетические исследования дают основания для пересмотра распространенного среди физиологов мнения о том, что активность нейронов определяется их местоположением в нервной сети. Приведенные данные дают все основания для изучения электрической активности отдельных нейронов в зависимости от их генетической детерминированности, которая сформировалась в процессе индивидуального развития нервной системы.

За последние годы выяснилось, что удобными объектами для изучения генетики поведения могут служить Escherichia coli, коловратки, нематоды, парамеции и другие относительно просто организованные организмы.

Весьма интересные исследования по генетике поведения были проведены на парамеции (P. aurelia).

Преимущество парамеций для физиолого-генетических исследований заключается в том, что в результате автогамии гарантируется проявление рецессивных мутаций во всех хромосомных локусах.

При аутогамии процессы, осуществляющиеся в хромосомном аппарате клеток, приводят к объединению гаплоидных наборов хромосом. В результате такого самооплодотворения в культуре без длительного инбридинга поддерживаются гомозиготная линия. Использование мутагена индуцирует в колонии аутогамию и тем самым позволяет сохранять в гомозиготном состоянии появляющиеся мутантные особи, прежде чем они оказываются отсортированными экспериментаторами.

Весьма плодотворные исследования проводятся в настоящее время Кунгом (Kung, 1975) и сотрудниками Лаборатории молекулярной биологии Висконсинского университета. Они подошли к реальному расчленению генетическим методом вызванного мембранного потенциала у P. durelia.

Наличие чистых линий, поддерживаемых благодаря аутогамии, дает возможность проведения гибридологического анализа. Поскольку у парамеций, помимо аутогамии, происходит и конъюгация, между отдельными мутантными формами может быть получено поколение F1, а в результате последующей аутогамии — F2. С помощью такого своеобразного гибридологического анализа получена информация о комплементарности, аллельности, сцеплении, доминантности, а также эпистазе тех генов, которые контролируют поведение парамеции. Двигательная активность парамеций, как это установлено, управляется их мембранным потенциалом.