СОДЕРЖАНИЕ

И.И.Полетаева

8.6. Генетические исследования поведения млекопитающих

Классический менделевский анализ рассматривает признаки, которые находятся под влиянием одного, двух, реже трех генов. Это так называемое моно- или дигенное (олигогенное) наследование. В подобных случаях фенотипы разделяются на небольшое число дискретных классов. К категории «менделирующих» генов относятся, например, гены, влияющие на обмен веществ, а их плейотропные эффекты затрагивают поведение (см.: 8.2.2). Ряд примеров такого наследования особенностей поведения, например, уровня двигательной активности, будет приведен в разделе 8.6.4.
В то же время огромное большинство признаков поведения, так называемых количественных отличаются плавной (недискретной) изменчивостью, которая определяется значительным числом генов. В генетике количественных признаков анализируют состав изменчивости. Ее оценивают путем определения генетической и средовой компонент дисперсии величины признака, а также доли изменчивости, которая связана с эффектами взаимодействия генетических и средовых факторов. Эти методы подробно рассматриваются в специальных руководствах (Рокицкий, 1977; Мазер и Джинкс, 1985 и др.). В применении к генетическим исследованиям поведения примеры таких расчетов и пояснения к ним можно найти в руководстве Эрман и Парсонса (1984).
Ниже рассматриваются основные результаты генетических исследований как олигогенных, так и количественных признаков поведения, а также некоторые данные, которые легли в основу современного пони
мания роли генотипа в процессах формирования поведения. Кроме того, дается краткое описание основных методов и экспериментальных приемов.
8.6.1. Исследования генетики поведения собак.
Несмотря на то, что основные результаты в генетике поведения получены на лабораторных грызунах, важным объектом исследования была и собака. Существование многочисленных и пород собак. К изучению генетических основ поведения этих животных предрасполагало их крайнее разнообразие по экстерьеру и по поведению.
Собака была традиционным лабораторным животным в исследованиях И.П.Павлова. Именно для собак была впервые сформулирована его концепция типов высшей нервной деятельности и выделены 4 основных типа (или темперамента), условно названных холерическим, сангвиническим, флегматическим и меланхолическим, а также некоторое число промежуточных по характеру подтипов. Каждый из этих типов ВНД предполагал у его носителя определенную комбинацию более простых свойств нервной системы — возбуждения и торможения, т.е. их силы, подвижности и уравновешенности нервных процессов. Типология ВНД, предложенная Павловым, отражала стремление подвести строгую научную основу и дать количественную оценку индивидуальной изменчивости признаков поведения.
Следующим логическим этапом такого подхода было изучение генетических основ индивидуальной изменчивости ВНД, точнее, генетических основ типологии. Однако проведение генетических исследований оказалось мало совместимым с длительной и очень трудоемкой процедурой определения типа ВНД, принятой в лаборатории Павлова. В том виде, в каком они были задуманы, исследования оказались невыполнимыми. В то же время было изучено наследование более простых характеристик условно-рефлекторной деятельности у собак, в частности, проанализировано наследование силы нервных процессов (Крушинский, 1991).
Наиболее простым методически и в то же время весьма перспективным с точки зрения изучения генетико-физиологических механизмов поведения оказался анализ наследования общего уровня возбудимости животного.
Переход к оценке возбудимости как одного из базовых свойств, обеспечивающего проявление и выражение генетически детерминированных особенностей поведения собак, послужил далее основой для фундаментальных классических исследований генетики поведения этих животных, проведенных Л.В.Крушинским (1991).
Результаты этих исследований, осуществленных в 30–40-е годы, были изложены в ряде оригинальных статей тех лет, а также в первой монографии Крушинского (1962). В настоящее время эти работы можно найти в первом томе двухтомного издания избранных трудов Л.В.Крушинского (1991).
Первым этапом этого исследования было подыскание адекватного и достаточно надежного метода оценки уровня общей возбудимости животного. В это понятие входит не только представление о некоем фоновом уровне возбудимости ЦНС, при котором протекает вся деятельность организма и, в частности, его поведение, но и реактивность ЦНС к внешним воздействиям. Однако по мере проведения исследований автор пришел к выводу, что адекватным и достаточно надежным показателем общей возбудимости ЦНС собаки может служить уровень двигательной активности животного. Этот признак можно было просто и быстро оценивать с помощью спортивного шагомера, крепившегося на теле собаки.
Основным генетическим экспериментом этой работы был следующий. Гиляцких лаек, маловозбудимых собак, не обладавших пассивно-оборонительной реакцией (т.е. не трусливых), скрещивали со значительно более возбудимыми немецкими овчарками, у которых пассивно-оборонительная реакция также отсутствовала. У потомства первого поколения (25 особей) была резко выражена пассивно-оборонительная реакция. Подобное проявление этой реакции в каком-то смысле не было неожиданным, поскольку в одном из более ранних исследований такое проявление трусости было обнаружено у гибридов F1 немецких овчарок с волками. В случае волко-собачьих гибридов их выраженная пассивно-оборонительная реакция, также не отмеченная у родителей, была приписана специфическим особенностям генотипа волка. В случае же скрещивания упомянутых выше двух пород дикие предки в родословной отсутствовали, и причиной повышенной трусливости потомства был какой-то иной фактор. В то же время характерной особенностью и волков, и гиляцких лаек была достаточно низкая общая возбудимость, проявлявшаяся в невысоком уровне двигательной активности этих животных.
Л.В.Крушинский предположил, что у гиляцких лаек существует породная предрасположенность к проявлению пассивно-оборонительной реакции, но она не обнаруживается у них из-за низкого уровня возбудимости. Гибриды этих собак с овчарками, унаследовали от последних высокую возбудимость, а от другого родителя пассивно-оборонительную реакцию, в результате чего это свойство поведения — повышенная трусливость — было выражено у них в полной мере. Такое объяснение было подтверждено простым экспериментом с введением гиляцким лайкам кокаина, дофаминергического агента, который специфически активировал двигательную сферу животного. У гиляцких лаек, но не у собак других пород, получавших инъекции кокаина, обнаруживалась четкая пассивно-оборонительная реакция. Таким образом, уровень возбудимости, который в данных экспериментах коррелирован с уровнем двигательной активности, оказался модулятором проявления других признаков поведения.
Таким образом, генетически детерминированный высокий уровень признака поведения может не обнаруживаться у животных, обладающих маловозбудимым фенотипом. В то же время потомство, полученное от скрещивания таких собак с возбудимыми особями, обнаруживает подобный признак достаточно отчетливо.
В середине сороковых годов было начато наиболее полное и подробное исследование генетики поведения собак. Результаты этой многолетней работы были изложены в монографии Дж.Скотта и Дж.Фуллера (Scott, Fuller, 1965), которая увидела свет в 1965 году, но продолжает оставаться одной из наиболее серьезных книг на эту тему.
Объектами исследования были собаки 5 пород — бассенджи, бигли, американские коккер-спаниели, шетландские овчарки (шелти) и жесткошерстные фокстерьеры, а также гибридные животные. Помимо сравнения поведения собак разных пород и их гибридов, авторы были заинтересованы в изучении формирования поведения собаки в онтогенезе.
Для этого они проводили подробные систематические наблюдения щенков, начиная от рождения и до возраста 16 недель. Всего было исследовано несколько сотен животных.
Первый этап работы включал в себя подбор пород собак и методик тестирования поведения. При исследовании развития поведения в ряде случаев щенков воспитывали "перекрестно", т.е. часть помета выращивала биологическая мать, а часть — приемная, т.е. сука другой породы.
Небольшое число собак всех пород было выращено не в питомнике, а в семьях. Если поведение этих собак по отношению к человеку и было несколько иным, чем собак питомника, то показатели большинства тестов были ни лучше, ни хуже, чем у остальных животных. Специальное внимание исследователи уделяли условиям содержания, выращивания и кормления животных, стремясь обеспечить их максимальное единообразие.
Вторым этапом исследования был генетический эксперимент, для которого были выбраны две заведомо неродственные между собой породы собак — бассенджи и американские коккер-спаниели. Бассенджи — это неспециализированная порода охотничьих собак ряда африканских племен. Они отчетливо агрессивны и по ряду признаков напоминают диких животных. Коккер-спаниели — напротив, порода с низкой агрессивностью, и достаточно долгой историей разведения.
По данным эксперимента относительная дикость бассенджи проявляется у щенков при попытках взять их в руки — они ведут себя подобно детенышам диких животных — издают резкий визг, пытаются вырваться, укусить и т.п. Кроме того, они резко сопротивляются попыткам обучить их ходить на поводке. Гибриды первого поколения сходны по этим признакам с бассенджи. Картина расщепления признаков у животных второго поколения и у бэккроссов показала, что "дикость" бассенджи контролируется одним доминантным геном. Сопротивление ограничению свободы, по-видимому, также контролируется одним геном, но без доминирования. В этом случае нельзя исключить и влияние материнского эффекта.
Авторы проанализировали и такой признак, как агрессивность в игре, которая, по их данным, может контролироваться двумя генами без доминирования, но может иметь и более сложное определение.
Голосовые реакции авторы анализировали у щенков разного возраста в тесте на доминирование, когда двух животных заставляли бороться за обладание костью в течение 10 минут. Оказалось, что голосовые реакции имеют два четких и независимых признака. Один из них — это порог провокации лая, т.е. уровень стимуляции, необходимый для проявления реакции. Он оказался высоким для бассенджи и низким — для коккер-спаниелей. Второй признак — это длительность лая. Она была малой у бассенджи и большой у коккер-спаниелей. По данным скрещиваний низкий порог проявления лая доминирует над высоким, а частота и длительность лая наследуются по промежуточному типу. Авторы полагают, что наследование уровня порога провокации определяется двумя независимыми доминантными генами, тогда как длительность лая не обнаруживает доминирования ни высоких, ни низких значений и зависит, по-видимому, от одного гена.
Подобным образом были подвергнуты анализу и многие другие признаки поведения, наследование которых также оказалось под контролем одного или двух генов. Представляет, в частности, интерес наследование характеристики эстрального цикла самок. У бассенджи течка наступает один раз в год и строго приурочена к осеннему сезону. У коккер-спаниелей течка бывает 1 раз в 6 месяцев в любой из сезонов года. Более подробно эта работа описана в монографии Эрман и Парсонса (1984).
Скотт и Фуллер оценили результаты своих исследований как довольно неожиданные, поскольку для ряда достаточно сложных признаков поведения было продемонстрировано моно- и олигогенное наследование. Они отметили, что взятые для исследования породы собак были в достаточной степени контрастны по поведению, видимо, вследствие разного давления отбора при их формировании. Они сделали вывод, что породное разведение собак хотя и не создает полной инбредности, но способствует появлению гомозиготности по многим аллелям. Если в скрещивании участвуют две неродственные между собой породы (как было в данном случае), то у второго поколения гибридов можно получить картину расщепления, которая свидетельствует о контроле величины признака одним или двумя генами.
Именно здесь уместно вспомнить те рассуждения, которые приводились выше (см.: раздел 8.2.5). Речь шла о том, что при оценке внутривидовых вариаций поведения практически всегда обнаруживается изменчивость по частоте выполнения той или иной поведенческой реакции или движения (ФКД), тогда как форма таких движений бывает неизменной.
Крайним случаем вариации частоты ФКД может быть почти полное его отсутствие в репертуаре поведения собак данной породы, т.е. его крайне редкое проявление. Если изменчивость порогов реакций и частоты их выполнения достаточно велика, то всегда можно подобрать такие внешние условия, которые могут спровоцировать появление реакции, даже если порог ее проявления в нормальных условиях достаточно высок.
С самого начала Скотт и Фуллер отметили, что у собак исследованных пород величины практически всех признаков обнаруживали разную степень перекрывания, т.е. не было признака, который наблюдался бы только у одной породы и полностью отсутствовал бы у других. Авторы сделали вывод, что не существует какого-либо "породного набора признаков", поскольку в любой породе можно найти особей, чьи специфические признаки поведения перекрываются признаками другой породы.
По данным их работы олигогенное наследование, обнаруживается только для некоторых признаков поведения, а во многих случаях характер распределения признаков у потомства свидетельствовал о полигенном наследовании. Это в первую очередь относится к поведению собак в сложных тестах. Они включали в себя обучение в лабиринте, дифференцировку, тест на оперирование пространственными представлениями.
Помимо установления сложного полигенного наследования способностей к решению таких тестов было показано, что в определении успешности решения теста собаками разных пород важную роль играют и "некогнитивные" переменные. В частности межпородные различия в успешности решения задач могли определяться разным уровнем трусливости, тогда как истинные градации по уровню собственно когнитивных способностей было выявить достаточно трудно.
Это обширное исследование, проведенное в начальный период развития генетики поведения и на таком сложном объекте как собака, тем не менее, предвосхитила основные результаты, полученные в этой области в дальнейшем. Проведенные позднее генетические исследования сложных форм поведения лабораторных грызунов выявили важную роль в их осуществлении более простых переменных (см. напр.: Эрман, Парсонс, 1985).

8.6.2. Краткий обзор генетических исследований поведения грызунов
Первыми исследованиями по генетике поведения были попытки селекции крыс на способность к обучению. Большинство из этих работ имеет лишь исторический интерес, однако проведенная С.Трайоном работа по отбору крыс на быструю и медленную обучаемость в сложном лабиринте при пищевом подкреплении составляет исключение. Начатая в середине 20-х годов, она увенчалась созданием 2 линий, получивших название Trayon maze-bright (TMB) и Trayon maze-dull (TMD), которые существуют и по сей день и поддерживаются без дополнительного отбора (см. ниже: рис.8.22).
В многочисленных исследованиях способности к обучению и ряда физиологических признаков у крыс этих линий (см.: раздел 8.6.3.1) было показано, что успешность обучения в лабиринте "умной" линии и большое число ошибок у "глупой" специфичны только для лабиринтов данного типа, а при других тестах на обучение результаты могут иметь даже обратный знак.
Выведение линий, различающихся по каким-то параметрам поведения, это обычно лишь первый этап работы. Если такие линии, наряду с различиями в величине исследуемого признака обнаруживают также и другие различия, то подобную ассоциацию требуется изучить в специальных экспериментах.
Искусственный отбор проводится на базе исходной популяции животных, которая всегда бывает довольно малочисленна. При малом числе животных-основателей линии всегда существует достаточно большая вероятность случайной "фиксации" у отбираемых по нашему признаку аллелей других генов, не имеющих отношения к изучаемому признаку поведения. Именно из-за этого корреляцию каких-либо двух и более признаков у селектированных линий нельзя трактовать как свидетельство общности физиологических механизмов этих реакций. Это одно из основных правил в исследованиях по генетике сложных форм поведения. Для того, чтобы доказать, что изменчивость таких коррелированных признаков действительно имеет общие причины, необходимо провести дополнительные исследования.
Проиллюстрируем это на следующем примере. В работе голландского ученого Х.Ван-Абилена на основе популяции гибридов между линиями мышей С57BL/6J и DBA/2J были выведены две линии, контрастные по уровню исследовательской активности в установке "открытое поле", точнее по количеству исследовательских "стоек".
Оказалось, что данные линии контрастны также и по уровню активности ацетилхолинестеразы в коре головного мозга. Однако у гибридов второго поколения и у беккроссов этой корреляции обнаружено не было, что свидетельствует об отсутствии непосредственной связи между признаками. В то же время (см.: следующий раздел) связь исследовательской активности с показателями некоторым мозговых медиаторных систем была обнаружена, но она имела значительно более сложный характер.
Если два признака продолжают обнаруживаться в тесной, статистически достоверной ассоциации друг с другом у гибридов F2 и у беккроссов, то предположение о тесном сцеплении этих признаков бывает оправданным. Примером логично построенной работы по доказательству связи способности к обучению реакции активного избегания в челночной камере и размером интра- и супрапирамидальных полей окончаний мшистых волокон в поле СА3 гиппокампа является серия исследований Х.-П.Липпа и др. (см.: раздел 8.6.8.2).
Еще один способ оценки случайности или неслучайности корреляции признаков поведения при селекции — это проведение двух (или более) параллельных селекционных экспериментов. В этом случае случайная фиксация аллелей, если она произошла в одной из пар селектируемых линий, с очень высокой вероятностью не произойдет в другой паре, и вопрос о генетической природе обнаруженной корреляции будет выяснен.
Так, например, при селекции мышей на большой и малый вес мозга, проведенной в трех независимых экспериментах (см.: Wimer, Prater, 1966; Fuller, 1979; Попова, Полетаева, 1986), было обнаружено, что мыши с большим весом мозга обладают достоверно более высокой обучаемостью навыкам разной природы. Это означает, что действительно больший вес мозга является фактором, благоприятствующим способности к обучению. Еще один пример успешного использования этого подхода приведен в разделе 8.6.3.1.
Исследователи уделяют большое внимание поиску физиологических механизмов обнаруживаемых межлинейных различий в поведении. В этом отношении показательны и интересы работы, проводимые в Институте цитологии и генетики РАН в Новосибирске. Начатые много лет назад длительные селекционные эксперименты по выведению линий (лисиц, норок, крыс-пасюков), различающихся по агрессивности, увенчались успехом, и исследователи имеют в своем распоряжении уникальные "параллельные" селектированные линии представителей разных отрядов млекопитающих (см.: раздел 8.6.1.2; об этологических представлениях поведения при конфликте см.: раздел 4.3).
Поскольку физиологическая регуляция признака "агрессия по отношению к человеку" изучена достаточно хорошо, поиск генетических коррелятов повышенной и пониженной агрессивности производился не вслепую, а на основе уже имевшихся представлений о ключевой роли биогенных аминов и системы их синтеза и деградации в определении уровня агрессивности. Очевидно, что и в таких случаях анализ корреляции признака в расщепляющихся поколениях может дать важную информацию. Однако этот признак хорошо изучен, и именно благодаря этому для выяснения особенностей его генетической основы достаточно плодотворными оказываются простые межлинейные сравнения и анализ поведения гибридов.
Ниже мы приведем короткую сводку результатов генетических исследований ориентировочно-исследовательского поведения, агрессивности и способности к обучению, проведенных традиционными методами, применявшимися в генетике поведения в течение всего периода ее формирования — в 60-80 годы.
Роль отдельных генов в формировании некоторых признаков поведения будет рассмотрена на примере гена альбинизма, генов, мутации по которым вызывают неврологические нарушения, а также генов, экспрессирующихся у трансгенных животных.

8.6.2.1. Генетический контроль ориентировочно-исследовательского поведения грызунов
Исследовательское поведение, вызываемое новой обстановкой и новыми предметами, представлено у грызунов поведенческими актами и позами, которые способствуют сбору информации о незнакомых элементах ситуации.
Как упоминалось выше, существование генетического компонента изменчивости исследовательского поведения проиллюстрировал Х.Ван-Абилен (van Abeelen, 1974). У мышей двух инбредных линий C57BL/6J и DBA/2 число вертикальных стоек в установке "открытое поле" достоверно различалось. Как показал анализ гибридов первого и второго поколения, этот типично количественный признак имеет полигенный тип наследования. На основе популяции межлинейных гибридов была начата селекция мышей на высокие и низкие значения признака — числа стоек в ситуации открытого поля. В результате этого эксперимента еще в начале 70-х годов были получены линии, достоверно различающиеся по уровню исследовательской активности. Эти линии представляли собой хорошую физиолого-генетическую модель для исследования особенностей морфологической и биохимической организации мозга, обеспечивающих различия в этом виде поведения мышей.
Одним из направлений таких исследований был сравнительный анализ состояния холинергической, ГАМКергической и опиатной систем гиппокампа у инбредных линий С57BL и DBA, а также у двух селектированных линий.
Различающиеся по поведению линии давали и противоположно направленные реакции на введение ряда фармакологических веществ, воздействующих на упомянутые выше мозговые медиаторные системы. Внутримозговое (в гиппокамп) введение скополамина (антагониста холинергической системы) снижало показатели исследовательской активности у мышей C57BL/6J и усиливало их у DBA/2, т.е. инвертировало различия, наблюдаемые в норме. Сходные результаты были получены и на селектированных линиях.
Очевидно, что адаптивная реакция на новизну — исследование обстановки — предполагает сбалансированное изменение активности ряда нейронных систем мозга (в частности, гиппокампа). Ван-Абилен предположил, что у линии С57BL такая согласованность более устойчива, чем у DBA/2. Роль особенностей структуры гиппокампа в формировании поведения будет рассматриваться и ниже (см.: раздел 8.6.8.2).
Поведение животных в установке "открытое поле" было предметом многих генетических исследований. Поскольку при помещении животного на открытую освещенную площадку у крысы и/или у мыши возникает не только стремление исследовать новую обстановку, но также и страх, то традиционно показатели поведения в этой ситуации принято трактовать как динамический баланс этих двух тенденций. В связи с этим высокий уровень локомоции (как правило, при низком уровне эмоциональной реактивности) принято трактовать как показатель высокой исследовательской тенденции (хотя во многих работах как собственно исследовательские движения рассматривались лишь стойки), тогда как обратное соотношение этих показателей обычно служит признаком высокого уровня пугливости.
В период интенсивного накопления фактов генетикой поведения были проведены селекционные эксперименты по выведению линий, контрастных по упомянутым признакам. Одна из этих работ — селекция мышей на разные уровни двигательной активности в "открытом поле" — описана ниже (см.: раздел 8.6.6.1). Другой известный эксперимент, который был одним из первых в этой области, это выведение английским ученым П.Бродхерстом двух линий крыс, контрастных по уровню эмоциональной реактивности (т.е. числу актов дефекации) в открытом поле (линии Maudsley Reactive и Maudsley Nonreactive strains). В дальнейшем подобные селекционные эксперименты на крысах и мышах проводились неоднократно, в результате чего был установлен ряд существенных фактов. При отборе как на разные уровни активности, так и на разную "эмоциональность" оказалось, что эти два вида реакций оказываются как бы в антагонизме друг с другом.
Иными словами, отбор на контрастные значения одного признака, ведет к появлению противоположных по уровню, но также достаточно выраженных различий по другому признаку. Высоко активные животные оказываются "малоэмоциональными" и наоборот. В то же время из сказанного в предыдущем разделе следует, что вывод о жесткой связи этих показателей делать преждевременно. В истории исследования поведения грызунов разных видов и групп, различающихся по полу, возрасту и функциональному состоянию, имеется много примеров, когда этот антагонизм отсутствует, и отрицательная корреляция между уровнями двигательной активности и эмоциональной реактивности не является строго обязательным явлением.
Следует отметить, что в этих селекционных экспериментах также были выявлены и плейотропные эффекты, и коррелированные ответы на отбор. Одной из особенностей линий Maudsley, важной для физиологической интерпретации данных, является более развитая иннервация кишечника (за счет энтеральной нервной системы) у крыс, которые в ситуации «открытого поля» совершали большее количество актов дефекации. Это может означать, что интерпретировать высокий уровень дефекации у Maudsley Reactive линии исключительно как показатель высокой эмоциональной реактивности было бы неверно.
Для оценки ориентировочно-исследовательского поведения лабораторных животных применяются разные экспериментальные установки и методами, что может быть причиной наблюдаемых различий в поведении заведомо стандартных линий мышей и крыс. Нередко результаты работ разных авторов даже противоречат друг другу. Как правило, это не служит препятствием в проведении дальнейших исследований, а наоборот, позволяет выяснить возможные причины различий.
При исследовании форм поведения млекопитающих и анализе дифференциального участия в них некоторых отделов мозга все большее значение начинают приобретать так называемые фармако-генетические исследования. Речь идет об оценке реакций на известные (или новые) фармакологические препараты или химические агенты у животных разных генотипов. Сильно упрощая картину, эти работы можно подразделить на несколько направлений: 1) оценку генетической изменчивости в продукции того или иного метаболита, участвующего в осуществлении какой-то реакции; 2) определение изменчивости числа и строения молекул-рецепторов; 3) исследования генетических особенностей эффекторной реакции и др. Одной из "опасностей" фармако-генетических исследований является тенденция перехода на все более простые объекты — срезы мозга, культура клеток, фракции синаптосом и т.д. С одной стороны, создаются условия для выявления молекулярных механизмов поведенческих реакций, но с другой — затрудняется общая оценка роли таких факторов в формировании поведения. Ввиду этого особо важное значение имеют исследования, проводимые на животных с разными генотипами, а также отслеживание формирования того или иного признака в ходе онтогенеза.
Необходимо отметить и еще одно направление исследований в генетике поведения. Анализ генетической изменчивости некоторых поведенческих реакций, например исследовательской активности мышей (см.: 8.6.6.1) позволяет делать общие выводы об эволюции этой формы поведения.

8.6.2.2. Агрессивность
Всякому, кто изучает поведение животных, очевидно, что термин "агрессивность" относится в целом к поведению животных при конфликтах (см.: 5.3.2). Многие исследователи используют также альтернативный термин — "агонистическое поведение", под которым понимают такие поведенческие акты, которые, имея общую задачу адаптации к обстановке, предполагают, тем не менее, физический конфликт между особями одного вида. Существуют разные формы таких конфликтов: это агрессия хищника, межсамцовые конфликты, материнская агрессия, агрессивное поведение в ситуации, вызывающей страх. Такое поведение называется также активно-оборонительной реакцией, ее генетические основы исследовались Л.В.Крушинским на собаках еще в конце 30-х годов (см.: 8.6.1).
Агрессия хищника. Агрессия хищника — это одновременно и специфическое явление, связанное с пищевым поведением, и проявление агонистического поведения, имеющего общие черты с агрессией других типов. Агрессию хищника изучают на разных моделях — на крысах, убивающих мышей и сверчков, на мышах, «охотящихся» на сверчков и саранчу, на пушных зверях — норках и лисицах, у которых анализируется реакция на традиционную для них добычу.
Генетические исследования обнаружили не только межлинейные различия, но и доминирование у мышей высокого уровня агрессии хищника. Данные генетического анализа предположительно свидетельствуют о наличии у мышей двух главных генов, которые контролируют признак «агрессия хищника».
Агрессивность, адресованная человеку – весьма специфический тип поведенческих реакций. Она была объектом специальных исследований большого коллектива ученых под руководством академика Д.К.Беляева (см.: 8.6.2).
В длительных селекционных экспериментах, проведенных в Институте цитологии и генетики СО АН СССР в Новосибирске, были получены линии серебристо-черных лисиц и серых крыс, различающиеся по уровню агрессивности, возникающей при контакте с человеком. В последние годы выведены такие же линии норок. Неагрессивная линия лисиц, полученная в результате отбора, обладает необычным для этого вида типом поведения: они активно ищут контакта с человеком и не испытывают ни малейшего страха перед ним. Линии крыс, селектированные на основе выборки отловленных в природе крыс-пасюков, также резко отличаются по агрессивности, адресованной человеку.
Специальные эксперименты показали, что крысы, агрессивных в отношении человека, не показывают столь же выраженной агрессии хищника. К 20-му поколению селекции крыс на высокую и низкую агрессивность по отношению к человеку у них не произошло изменений в уровнях агрессии хищника и межсамцовой агрессии. Это означает, что «агрессия хищника» и «агрессия к человеку» имеют разные физиолого-генетические механизмы. регуляции уровня агонистических контактов разной природы.
Нейрохимические исследования, которые показали, что отбор на разные уровни агрессивности позволяет получить линии с измененным гормональным статусом, специфика которого проявляется как в состоянии покоя, так и в состоянии испуга и стресса.
Анализ особенностей поведения животных в условиях их "принудительного" контакта с человеком привел Д.К.Беляева к выводу, что агрессия серебристо-черных лисиц, направленная на человека, сопровождается формированием у них стрессорной реакции, а отбор на тип поведения «ручные животные» (одомашнивание) фактически означает формирование стрессоустойчивого генотипа (см. также: 8.6.5.3).
Межсамцовые конфликты. Как известно, у самцов многих видов существуют две формы поведения при социальном конфликте — нападение и защита (см. также: разделы 4.3 и 5.3.2). Они различаются как по характеру движений (наборам ФКД) животных, так и по "мишеням" (особенностям нанесения укусов).
Для грызунов характерны преследование противника, вертикальные и боковые позы угрозы, укусы с отталкиванием. Укусы нацелены, направлены главным образом на спину, бока и основание хвоста соперника. При защите животное ведет себя по другому: — для него характерны главным образом реакция бегства, позы "защиты" и "подчинения", а также нанесение укусов "в прыжке".
Генетические исследования реакции нападения практически всегда осуществляются на основе теста «попарного ссаживания» двух самцов. Существуют три типа таких "диадных" тестов.
Во-первых, можно сажать вместе животных одного и того же генотипа, например одной линии или гибридов первого поколения. Во-вторых, можно исследовать конфликт между животными разных генотипов. Третий способ — это метод "стандартного тестера", когда конфликты индуцируются между животными анализируемого генотипа и определенного стандартного генотипа. Этот самец, стандартный тестер, не должен сам инициировать конфликт (нападать), но при этом от него требуется способность спровоцировать реакцию нападения у партнера, не "давая сдачи". Часто в качестве стандартного тестера используют кастрированных гибридных животных, на тело которых наносят капли мочи самцов нужного исследователю генотипа. Иногда используют самцов с выключенным обонянием (либо путем удаления обонятельных луковиц, либо путем орошения обонятельного эпителия сульфатом цинка), что снижает их агрессивность.
Данные, получаемые при тестировании такой агрессивной реакции нападения разными методами, нередко различаются. Так, например, у самцов линии BALB/c число драк было выше, чем у С57BL, при тестировании их поединков с самцами той же линии, а при использовании метода стандартного тестера соотношение интенсивности реакций нападения было обратным. Это означает, что данная простейшая форма социального поведения определяется не только генами данной особи, но и раздражителями (зрительными, обонятельными и др.), которые исходят от оппонента и, следовательно, также в значительной мере определяются его генотипом. Очевидно, что этот осложняющий исследование фактор следует непременно учитывать при генетическом анализе числа и интенсивности атак. Существенное значение имеет — в какой обстановке — новой или же в домашней клетке происходит тестирование. В последнем случае этот тест носит название "резидент — чужак (интрудер)".
Химическая коммуникация, которой принадлежит важнейшая роль в формировании социальных контактов в сообществах грызунов, также находится под генотипическим контролем. Подробная и крайне поучительная сводка работ по этой проблеме была сделана С.Н.Новиковым (Новиков, 1988) и не утратила актуальности и сейчас.
Важно отметить, что анализ генетических закономерностей межсамцовой агрессии проводят при "спонтанной" агрессивности, а также при агрессивности, резко усиленной содержанием животного в изоляции.
Агонистическое поведение как признак несколько различается по своим свойствам при этих двух типах его индукции.
При исследовании генетики агрессивности оценивается, как правило, целый ряд параметров: латентный период первой атаки, число нападений за фиксированный интервал времени, длительность агонистического контакта, а также его интенсивность. Кроме того, важным показателем уровня агрессивности животных данного генотипа является доля агрессивных животных в группе.
Для всех перечисленных признаков характерна генетическая изменчивость, однако корреляции между числом самцов, проявляющих агрессию, и интенсивностью их агонистического поведения обнаружено не было. Другими словами, межлинейные различия в экспрессивности и пенетрантности разных показателей агонистического поведения носят сложный характер и не совпадают между собой. Специальные опыты показали, что эти признаки определяются разными генетическими системами. Такие признаки как суммарное время, проведенное парой мышей в состоянии конфликта, и число дискретных атак наследуются аддитивно и не связаны с полом, тогда как в наследовании уровня агрессивности (доле агрессивных животных) доминирует низкий порог агрессивной реакции (иногда даже с эффектом сверхдоминирования). Вместе с тем, нельзя забывать, что в в определении фенотипа агонистического поведения участвует много независимых переменных, следовательно простых результатов при решении этой проблемы быть не может.
Сложная картина формирования агонистического поведения, с генетической с позиций генетики означает, что исследователи должны уделять большое внимание поиску удобных, надежных и простых генетических моделей, которые позволяли бы свести к минимуму влияние внешних условий. Работа на таких моделях дает возможность использовать современные методы генетических исследований: методы рекомбинантных и рекомбинантных конгенных линий, картирование локусов количественных признаках, а также определение полиморфизма длины рестрикционных фрагментов ДНК и др.
Эксперименты, в которых проводили классический менделевский генетический анализ признаков, связанных с реакцией нападения, показали, что целый ряд ее характеристик генетически детерминирован, и наследование их можно описать как моно- или двухфакторное.
Межлинейные различия по особенностям самцовой агрессивности определяют в основном по тому, кто становится доминантом в однополой, искусственно созданной группе самцов разных генотипов. Исследования сотрудников Института цитологии и генетики СО АН СССР (Новосибирск) показали, что линия РТ, а также гибриды первого поколения между РТ и линией СВА имеют устойчивую тенденцию поставлять доминантов, а целый ряд других инбредных линий располагаются в порядке убывания этой способности (Осадчук, Науменко, 1981).
Селекционные эксперименты с отбором мышей и крыс на разные уровни агрессивности предпринимались неоднократно. Широкую известность в этом плане получили селекционные исследования (см.: Лагершпец и Лагершпец, 1975).
Ван-Оортмерсен с сотр. (Benus et al., 1987; 1988) путем искусственного отбора создали две линии мышей, различающихся по агрессивности. Селекция проводилась из генетически гетерогенной популяции диких мышей. В качестве критерия для отбора был взят латентный период первого нападения (при тестировании со стандартным тестером — самцом линии МАS-Gro). Латентные периоды менее 200 сек считались короткими, более 200 сек длинными. Уже через 8 поколений величины латентных периодов первой атаки у двух селектированных линий практически не перекрывались. Отбор в этой работе проводили по поведению самцов, а тестирование самок на агрессивное поведение не выявило межлинейных различий. Интересно отметить, что селекция самок диких мышей на высокую и низкую агрессивность не привел к различиям в агрессивности самцов полученных линий. Это еще раз подтверждает, что несмотря на внешнее сходство двигательных актов агонистического поведения разного вида, контролирующие их генетические системы оказываются, по крайней мере, частично разными, и могут зависеть от пола.
Сформированные в разных селекционных программах фенотипы (агрессивные и неагрессивные) имеют разную генетическую архитектуру, т.е. определяются разными наборами генов. Это положение хорошо иллюстрируется примером формирования в ходе селекции двух линий мышей (Turku agressive, Turku nonagressive), которые таким же образом различались и по уровню материнской агрессии (Лагершпетц, Лагершпетц, 1975). В этой работе критерий отбора был иным, чем в работе Ван-Оортмерсена – на интенсивность агрессивного поведения, индуцированного содержанием в изоляции.
Эти примеры могут служить иллюстрацией перспективности использования генетических моделей при анализе физиологических механизмов агонистического поведения.
Средовая изменчивость упомянутых выше параметров агонистического поведения (интенсивность конфликта, латентный период и др.) означает, что они регулируются физиологически, обнаруживая зависимость, в первую очередь, от гормонального фона. Поскольку уровни секреции гормонов, например, тестостерона, также контролируются генотипом, представляло интерес выявить, в какой степени агонистическое поведение можно сопоставить по характеру генотипического контроля с рядом параметров эндокринной системы. Интерес к этой проблеме вызвал появление серии оригинальных исследований роли генов, локализованных в Y — хромосоме, в формировании агрессивного фенотипа самца мыши (Macxon, 1992).
Как известно, в Y- хромосоме выделяют два участка. Один из них называется псевдоаутосомным. Он может рекомбинировать в мейозе с Х-хромосомой, располагается в теломерном участке длинного плеча Y -хромосомы, и передается как дочерям, так и сыновьям данного самца. Другой, истинный моносомный (т.е. специфичный для половой хромосомы) участок, передается строго от отца к сыну и называется непсевдоаутосомным. Он состоит из короткого плеча, центромерного района и участка длинного плеча Y-хромосомы вплоть до псевдоаутосомного участка. Непсевдоаутосомный участок содержит гены, ответственные, например, за детерминирование развития гонад в семенники, ген, кодирующий H-Y антиген и др. Поскольку этот участок может передаваться только от отца к сыну, разработаны системы скрещиваний, позволяющие определять, влияют ли расположенные в нем гены на реакцию нападения.
Можно, например, сравнить реакцию нападения у самцов-реципрокных гибридов первого поколения от скрещивания линий грызунов, контрастных по данному признаку. Если поведение таких самцов сходно с таковым их отца, то это можно истолковать как свидетельство в пользу участия в формировании признака одного или более генов непсевдоаутосомного участка.
Тщательные исследования поведения мышей, у которых Y-хромосома имела происхождение либо от линии DBA/1, либо от C57BL/10, показали, что изменчивость агрессивного поведения самцов связана с группой генов псевдоаутосомного участка Y-хромосомы, т.е. той части генома, которая рекомбинирует с Х-хромосомой самки. Этот участок связан с контролем длительности латентного периода первой атаки у линий Ван-Оортмерсена.
Возможно, что подобная локализация, по крайней мере, ряда генов, связанных с агрессивностью, и объясняет некоторую взаимозависимость агрессивных реакций, проявляющихся в разных ситуациях.
Межсамцовая агрессивность при жизни мышей и крыс в естественных условиях есть фактор, обеспечивающий установление иерархии внутри небольших сообществ, из которых собственно и состоит популяция домовой мыши (см.: раздел 5.5.1). Внутригрупповая иерархия, установившаяся в результате подобных агонистических контактов, обеспечивает минимальный уровень агрессии в "повседневной жизни" групп, а также служит фактором, определяющим расселение молодых половозрелых самцов на новые территории.
Отметим еще раз, что система физиологического контроля этого поведения (фенотип) имеет несколько уровней, включая ее формирование в онтогенезе и постоянный процесс нейроэндокринной регуляции. Генетический контроль этой системы также достаточно сложен, однако использование четких и адекватных поставленным задачам лабораторных моделей позволяет успешно анализировать феномен агонистического поведения.

8.6.3. Генетический контроль способности к обучению.
Способность к обучению — это наиболее трудная, но и наиболее увлекательная область генетики поведения. Первая последовательная попытка селекции крыс на способность к обучению (опыт Трайона) показала практически все трудности, подстерегающие исследователя на этом пути.

8.6.3.1. Линии Трайона
Выше (см.: раздел 8.6.2) уже упоминалось о селекции крыс на успешность (количество ошибочных заходов в тупики) обучения поиску пищи в лабиринте, которая была одной из первых работ по генетике поведения. Оказалось, что эффект межлинейных различий достаточно специфичен для того вида лабиринта, обучение в котором служило критерием отбора. Было показано, что крысы "умной" линии — TMB обучались существенно лучше в исходном 17-тупиковом лабиринте, а также в более простом, 14-тупиковом. В то же время при обучении в 16- и 6-тупиковых лабиринтах межлинейных различий не было.
Обучение реакции избегания воды было более успешным у "глупой" линии — TMD. В дальнейшем было показано, что TMB лучше обучались реакции активного избегания в челночной камере, но в тесте на обучение избеганию тока, когда надо было выпрыгивать из камеры (а не переходить из одной ее половины в другую) показатели TMD были выше. Это может означать, что в эксперименте Трайона отбор животных производился (неосознанно, разумеется) не на способность к обучению, а на какие-то особенности поведения, связанные с лабиринтом данной конфигурации. У TMB выше пищевая мотивация, но слабее оборонительная, они меньше отвлекаются при выполнении навыка, тогда как TMD пугаются при манипуляциях дверцами лабиринта. Исследователи приходят к выводу, что TMB лучше решают тесты, связанные с пространственными стимулами, тогда как TMD успешнее обучаются при зрительных раздражителях.
Рис. 8.22

Исследование других форм поведения у трайоновских линий выявило значительное число различий между ними, физиологическая интерпретация которых иногда достаточно проста, иногда затруднительна или просто невозможна. У линии TMB был ниже порог провокации ЭЭГ-знаков судорожной активности при электростимуляции миндалины, слабее реакция на новые предметы, ниже уровень локомоторной активности в колесах. Можно полагать, что отбор на разную степень успеха обучения в лабиринте способствовал формированию генотипов, при которых особенности процесса восприятия, параметры пространственной памяти, мотивация и др. фенотипические признаки оказались в одном случай оптимальны, а в другом — субоптимальны для выполнения данной реакции.
Результаты сравнения поведения трайоновских линий достаточно поучительны в том отношении, что иллюстрируют сложную картину, которая может получиться в результате отбора на способность к обучению, если реально отбору подвергается признак, непрямо связанный с изучаемым. Несомненно, что при создании путем отбора трайоновских линий произошло видоизменение их поведенческих фенотипов. В то же время достоверного прямого влияния отбора на собственно способность к обучению не обнаруживается. Примером сложности полученной «картины» является изменение способности к обучению крыс этих линий при выращивании их в условиях с разной степенью «обогащенности» среды (рис. 8.23; см. также: раздел 7.3).

Рис.8.23


8.6.3.2. Генетические исследования условной реакции активного избегания.
Реакция активного избегания удара электрического тока в челночной камере — это четкий, легко поддающийся количественному учету тест на обучаемость у лабораторных грызунов. Поскольку в качестве условного раздражителя можно выбрать звук, то, используя этот тест, можно включать в сравнение и животных-альбиносов, не опасаясь, что низкая острота их зрения повлияет на успешность выполнения навыка. Челночные камеры, в которых животные обучаются попеременно переходить из одного отсека в другой при предъявлении условного сигнала, легко автоматизировать, что способствует получению данных на большом числе животных в унифицированных условиях. Все это сделало данную методику очень популярной среди исследователей, а число работ, выполненных с ее помощью, составляет многие сотни. Особенно велико число фармакологических и фармако-генетических исследований.
В начале 60-х годов на основе популяции крыс Вистар итальянский исследователь Дж.Биньями начал селекцию на высокую и низкую способность крыс к обучению реакции активного избегания в челночной камере. Уже через несколько лет эти линии были сформированы. С начала 70-х годов селекция и разведение этих крыс проводились независимо в Швейцарии, Великобритании и Канаде.
Межлинейные различия по селектируемому признаку высоко достоверны. Эти линии получили название Римских (Roman High Avoidance, RHA, Roman Low Avoidance, RLA) и интенсивно исследуются во многих лабораториях мира.
Сравнение результата огромного число работ, полученных на этих линиях с использованием практически всех существующих методик оценки поведения, привело исследователей к заключению, что межлинейные различия у RHA и RLA связаны с эмоциональностью и разным типом реакции на стрессоры (Жуков, 1997; см. также: раздел 8.6.5.3). В то же время существуют достаточно убедительные данные, что эти линии обнаруживают различия и в ассоциативных способностях, т.е. в способности к обучению как таковой. Большое внимание нейроэндокринологическим механизмам различных стратегий поведения крыс в условиях избегаемого и неизбегаемого удара электрического тока было уделено в работах на крысах двух селектированных линий KHA и KLA -Koltoushi High Avoidance, Koltoushi Low Avoidance (иначе называемых линиями ВЛ и НЛ). Выведение этих линий было начато в конце 50-х годов в Институте физиологии им. Павлова АН СССР советским физиологом В.К.Федоровым, а после его смерти продолжена Н.Г.Лопатиной и ее сотрудниками (см.: Пономаренко, Лопатина, 1987). Как и другие линии крыс, селектированные на высокую и низкую способность к избеганию в челночной камере, данные линии отличаются друг от друга и по другим признакам, связанным как с поведением, так и с более «простыми» физиологическими реакциями. Подробный анализ экспериментальных данных, полученных на крысах этих линий, проведен в монографии Д.А.Жукова (1997).
Способность крыс селектированных линий к обучению реакции избегания была сопоставлена с таким морфологическим показателем как размер интра- и инфрапирамидных проекций мшистых волокон — аксонных окончаний нейронов зубчатой фасции в поле СА3 гиппокампа. Эта проблема будет рассмотрена более подробно ниже (см.: раздел 8.6.7.2).
Позднее, уже в 70-е годы были созданы путем селекции еще две линии (Syracuse High Avoidance, SHA, Syracuse Low Avoidance, SLA), различающиеся по обучению реакции активного избегания, но не обнаруживающие, в отличие от Римских линий, различий в уровне двигательной активности. Исходной популяцией для этой селекционной работы служили крысы Лонг-Иванс. В настоящее время крысы хорошо обучающейся линии SHA дают примерно 40 реакций избегания в 60 предъявлениях теста, тогда как SLA — ни одного. У SLA сильно подавлены межсигнальные реакции, однако скорость выполнения реакций избавления (т.е. реагирования на включение электрического тока-наказания) у них не отличалась от линии SHA. В тесте "открытого поля" SLA, как и RLA, более эмоциональны, однако различий в уровнях локомоции у них, как сказано выше, не обнаруживалось.
Генетические модели способности к обучению, какими являются линии крыс RHA и RLA, а также SHA и SLA, используются также в исследованиях роли наиболее изученных медиаторных систем в формировании межлинейных различий реакции на стресс, в обучении, в организации болевой чувствительности. Эти вопросы представляют большой интерес, но в настоящем пособии не могут быть затронуты сколько-нибудь подробно (см.: Gray, 1987).
Другим аспектом проблемы, который делается очевидным при анализе межлинейных различий в обучении реакции избегания в челночной камере, является биологическая адекватность самого теста.
В самом деле, анализ "логики" этого теста показывает, что данная реакция далека от того, чтобы имитировать какую-либо из естественных поведенческих реакций крысы или мыши. Животное, находящееся в камере, получает болевое раздражение (удар тока), которому предшествует некий сигнал (свет и/или звук). Бурная двигательная реакция в ответ на боль "переносит" крысу или мышь в другую половину камеры, где ток (и наказание) отсутствует, и где она получает отдых. Однако через короткое время в этом бывшем безопасном отсеке животное получает новый удар током, а метания по клетке переносят его в отсек, где ранее также предъявлялось наказание. В этих условиях у животных (тем не менее) формируется условная реакция выполнения перехода из одного отсека в другой в ответ на предъявление условного сигнала (света или звука).
Реакция перехода выполняется в двух разных контекстах (двух половинах камеры), пребывание в каждом из которых регулярно наказывается (если реакция не выполняется). Это означает, что в данном тесте животное должно искать убежища там, где оно только что получило наказание.
Возможно, что эта логическая противоречивость теста есть причина того, что множество генетических линий и групп лабораторных грызунов обнаруживают весьма невысокие показатели обучаемости. Однако некоторые животные, напротив, демонстрируют весьма высокие уровни усвоения навыка. В чем же заключаются различия между такими животными? Ответ на этот вопрос исследователи нашли с помощью генетико-этологического анализа проблемы (Вилкок, 1975). Генетический эксперимент, который позволил найти путь его разрешения, будет изложен ниже, в разделе, посвященном описанию методов диаллельного скрещивания (см.: раздел 8.6.6.2).
Этологический аспект проблемы заключается в следующем. Боль, как фактор, провоцирующий у животного реакцию страха, вызывает у млекопитающих, а точнее у грызунов, одну из двух ответных реакций либо замирание (затаивание), либо бегство.
Существует так называемая двухкомпонентная теория физиологических механизмов реакции избегания, в соответствии с которой животные в начальный период обучения обнаруживают тенденцию либо "затаиваться" от опасности, которую представляет собой боль, предваряемая условным сигналом, либо убегать, но осуществляют они эти реакции вне связи с условным сигналом. Преобладание у животных реакции "затаивания" ухудшает их шанс усвоить данный навык. В целом, по мере увеличения числа сочетаний условного и безусловного сигналов, в поведении начинает превалировать тенденция к бегству. Это объяснение, как таковое, не объясняет, почему смена этих реакций обнаруживает подобную динамику, однако для анализа поведения в челночной камере с позиций генетической изменчивости, оно представляется продуктивным.
При отборе животных в процессе выведения линий, быстро и медленно обучающихся условно-рефлекторной реакции избегания, исследователь руководствуется условными критериями обученности, точнее быстротой их достижения животными, которые будут использованы как производители. Можно предполагать, что крысы, которые быстрее достигли данного критерия, действительно обладают более высокими ассоциативными способностями. Однако естественно предположить, что исследователи отбирают не только "умных" и "глупых" животных, но и таких, у кого оказываются более низкими пороги реакции бегства в ответ на боль (более высокий уровень реакций избегания), а также тех, у кого ниже пороги реакции замирания как ответа на боль (уровень реакций избегания ниже). Данные опыта по диаллельному скрещиванию (см.: раздел 8.6.6.2) в целом подтверждают правомочность такого предположения.

8.6.4. Действие одиночных генов на поведение.
В разделе 8.4.3.6 приводились примеры влияния мутаций отдельных генов на разные формы поведения дрозофилы. Эффекты отдельных генов на поведение млекопитающих ( преимущественно мыши), бывают не менее иллюстративными. Оценка влияния одиночных генов на поведение требует глубоких знаний по физиологии поведения , поскольку в противном случае интерпретация результатов может быть ошибочной. Данные по роли гена "albino" в поведении лабораторных грызунов в этом отношении весьма поучительны.

8.6.4.1. Ген альбинизма
Сравнение поведения линий мышей, различающихся по окраске шерсти, не ограничивается демонстрацией различий между ними.
Альбинизм (депигментация) — это мутация локуса с, локализованного у мышей на 7-й хромосоме. Мутация рецессивна и вызывает целый ряд других аномалий, в частности в зрительной системе. Показано, например, что у альбиносов многих видов происходит практически полный перекрест волокон в хиазме, т.е. у них отсутствуют ипсилатеральные зрительные проекции.
Межлинейные сравнения. В поведении животных альбиносов также обнаруживается ряд особенностей. В сравнительном исследовании частоты самораздражения мозга у мышей линий BALB/c и DBA/2 было обнаружено, что средняя частота нажатий на рычаг для раздражения зон "удовольствия" в латеральном гипоталамусе у мышей BALB/c была почти в два раза выше, чем у DBA/2. Для выяснения вопроса, в какой степени эти различия связаны с отсутствием пигментации у BALB/c, был проведен классический генетический анализ. В специальных скрещиваниях были получены гибриды первого и второго поколения, а также беккроссы — потомки от скрещивания гибридов с родительскими формами. Среди поколения беккроссов, у которых произошло расщепление по окраске шерсти, среди мышей с высокой и низкой частотой самораздражения пигментированные животные и альбиносы были представлены с равной частотой. Таким образом, связь между частотой самораздражения и альбинизмом оказалась случайной, а не функциональной, и эта ассоциация исчезла при более подробном анализе этих признаков. Этот пример является одной из многочисленных иллюстраций общего правила необходимости анализа обнаруженных межлинейных различий в последующих экспериментах по скрещиванию и расщеплению в гибридных поколениях.
У особей-альбиносов всех видов (включая и человека) отсутствует меланин, причем не только в коже и волосах, но и в радужной оболочке глаз. Отсутствие пигментации глаз (и соответственно измененная зрительная функция) у мышей и крыс-альбиносов требовало специального внимания при проведении сравнительных исследований по генетике поведения грызунов, в частности по методу "открытого поля".
Мышей линии C57BL/6J (у которых была черная шерсть, высокий уровень активности и низкий уровень дефекации в установке "открытое поле") скрещивали с белыми мышами линии BALB/c (с низким уровнем активности и высокими показателями дефекации). От гибридов первого поколения получили гибридов второго и третьего, после чего сопоставили показатели активности и эмоциональности с наличием пигментации. Оказалось, что как и у исходных линий, у альбиносов уровень активности был ниже, а уровень дефекации — выше, чем у пигментированных животных. Получив третье поколение гибридов, американский исследователь Дж.ДеФриз, приступивший к этой работе в конце 60-х годов, начал селекцию на высокий, средний и низкий уровни активности в установке "открытое поле", не обращая внимания на цвет шерсти животных. Уже к 8-му поколению в линии, селектированной на высокий уровень активности , практически не было альбиносов, тогда как в линии с низкой активностью их было 100%. В другой паре линий (см.: раздел 8.6.1), также селектированных из той же популяции на разные значения этого признака (уровень активности), низкоактивная линия на 60%. состояла из непигментированных мышей. Эти данные нельзя было объяснить сцеплением (близким топографическим расположением на хромосоме) двух локусов — локуса альбинизма "с" и какого-то другого, влиявшего на уровень активности, поскольку низкая активность альбиносов обнаруживалась и после многих поколений неинбредного разведения, когда такая ассоциация могла многократно нарушиться вследствие кроссинговера. Кроме того, в проводимых параллельно двух селекционных экспериментах (т.е. при параллельной селекции еще трех линий на низкие, средние и высокие значения признака) результаты были сходными. Важность оценки таких коррелированных ответов на отбор достаточно велика, причем для селекционных экспериментов с любыми объектами.
Другая возможность объяснения заключалась в постулировании тривиального плейотропного эффекта гена альбинизма, который заключался в том, что подавление двигательной активности альбиносов было связано с их неспособностью адаптировать зрение к яркому освещению площадки и нормально перемещаться в этих условиях. И действительно, тестирование мышей этих селектированных линий при красном свете практически нивелировало различия в уровне активности.
Метод коизогенных линий. Другим достаточно точным методом, который позволил оценить эффект гена альбинизма на поведение и был минимально связан с возможными эффектами сцепления, оказался так называемый метод коизогенных линий, т.е. инбредных линий, которые отличаются друг от друга только по мутации в данном локусе. Так, например, при разведении мышей линии C57BL/6J в ней была обнаружена мутация альбинизма, и оказалось возможным сравнить поведение мышей двух линий, которые были генетически идентичны друг другу за исключением гена "с". Оказалось, что даже в условиях тестов, где не было подавляющего влияния яркого света, мыши-альбиносы были менее активны в открытом поле и медленнее избегали воды. Тестирование в течение 90 мин обнаружило достоверно более низкую активность альбиносов в первые минуты теста, однако к концу различия исчезли. Уровень двигательной активности при тестировании в течение 24 ч в специальных колесах у этих групп мышей был одинаковым.
Метод конгенных линий. Использование в генетике поведения метода конгенных линий также связано с локусом альбинизма "с". Метод заключается в том, чтобы путем последовательных скрещиваний ввести в генотип определенной линии участок хромосомы, несущий интересующий экспериментатора локус. После этого возможно сравнение поведения животных, имеющих "новый", мутантный локус, с носителями исходного генотипа. Чтобы его сохранить в каждом поколении новой линии проводят тестирование на наличие у мышей специфического аллеля тканевой совместимости. Это достигается использованием методики трансплантации участков кожи от мыши линии-носителя изучаемого хромосомного локуса. Локусы, обеспечивающие тканевую совместимость, хорошо описаны, картированы и достаточно равномерно распределены по геному, поэтому очень многие мутантные аллели, которые переносятся путем скрещиваний в другой генотип, можно маркировать именно генами гистосовместимости, относящимися к разным группам этой системы.
Оказалось возможным маркировать таким способом и ген "с", мутация по которому вызывает альбинизм. Эксперименты по скрещиванию мышей пигментированной линии С3H с мышами-донорами локуса "с" проводились при постоянном тестировании потомства на наличие у них локуса гистосовместимости (по отторжению или приживлению кожного трансплантата от линии-донора). Таким способом было получено несколько линий, одна из которых оказалась депигментированной. Были обнаружены различия в уровне двигательной активности между исходной пигментированной линией C3H и новой конгенной депигментированной линией. В начале тестирования альбиносы были достоверно менее активны, но к концу 90 мин теста различия исчезли.
Описанные методы применяются, разумеется, не только для выяснения роли альбинизма в поведении мышей. Они существенно важны для оценки роли генотипа в действии фармакологических агентов на поведение и на биохимические процессы. Использование метода рекомбинантных инбредных линий (см. раздел 8.6.6.3) делает результаты таких исследований еще более информативными.
Таким образом, помимо достаточно очевидного влияния депигментации на функцию зрения носители этой мутации обнаруживают ряд отличий от пигментированных животных, причина которых не столь очевидна. Мутация альбинизма связана с изменениями (по некоторым данным с делецией) структурного гена фермента тирозиназы. Это означает, что при развитии данного фенотипа могут происходить сложные компенсационные изменения, затрагивающие обмен в частности таких важных веществ, как катехоламины. Подобные плейотропные эффекты могут быть причиной особенностей поведения животных-альбиносов. Эти вопросы еще предстоит исследовать экспериментально.

8.6.4.2. Влияние перестроек кариотипа на поведение мышей
Еще одна категория мутационных изменений — хромосомные аберрации — также могут влиять на функции ЦНС. Из млекопитающих наиболее изученными в этом отношении оказались мыши.
Как известно, существует целый ряд хромосомных аномалий, возникновение которых в той или иной степени нарушает баланс физиологических процессов в организме. Наиболее известный и яркий пример трагического следствия подобного дисбаланса — так называемый синдром Дауна (см.: раздел 8.6.5.6). В кариотипе мыши описаны практически все известные типы аномалий хромосом, достаточно подробно проанализировано их влияние на эмбриогенез (см.: Дыбан, Баранов, 1977), однако исследование поведения таких мутантов проводилось лишь в некоторых случаях.
В кариотипе мыши описано большое число хромосомных транслокаций. Линии мышей – носителей мутаций этой категории поддерживаются в лабораториях и питомниках, как, например, в Джексоновской лаборатории, наряду с другими инбредными мутантными линиями (см.: раздел 8.1.1).
Влияние хромосомных аномалий на функцию ЦНС и поведение мышей одним из первых предложил исследовать отечественный эмбриолог проф.А.П.Дыбан (1976). На основании данных по специфическому влиянию такого рода аномалий на ход эмбриогенеза мыши, он предположил, что характер влияния хромосомных перестроек на поведение также может зависеть от типа хромосомной перестройки. Первой работой в этой области был анализ способности к обучению реакции активного избегания у мышей-трисомиков по маркерной хромосоме Т6, возникшей в результате транслокации — изменения строения хромосом 13 и 14 (Федоров и др., 1973). Мыши-трисомики, исследованные этими авторами, обнаружили достоверное отставание в скорости приобретения данного навыка.
Далее в совместной работе А.П.Дыбана, В.С.Баранова с Л.В.Крушинским и его сотрудниками было проанализировано поведение мышей-носителей так называемых робертсоновских транслокаций. Мыши-носители таких хромосомных перестроек не обнаруживают видимых отличий ни в физическом развитии, ни в плодовитости. В лабораторных условиях их разводят так же, как обычные лабораторные линии.
Для анализа возможных особенностей поведения мышей с робертсоновскими транслокациями был использован тест на способность к экстраполяции направления движения раздражителя, предложенный ранее Л.В.Крушинским (1986) для сравнения элементарной рассудочной деятельности животных разных видов и, в частности, крыс разного генотипа.
Суть методики заключалась в следующем: через небольшое отверстие в стенке камеры предварительно лишенное пищи животное начинало пить молоко. Кормушка с молоком, расположенная за этим отверстием, могла свободно перемещаться вправо или влево от мыши, причем ей был виден только начальный участок этой траектории. Иными словами, мышь получала информацию об исчезновении пищи и о направлении, в котором она исчезла. Задача заключалась в том, чтобы подойти к той стороне этой стенки, в направлении которой переместилась кормушка. Если доля правильных решений такой задачи (от всего числа предъявлений теста) достоверно отличалась от 50% случайного уровня, то можно было сделать вывод о неслучайном выборе "правильного" направления поиска животными данной группы. Следует сразу отметить, что подавляющее большинство тестированных мышей инбредных линий и аутбредных стоков давали в среднем именно 50% (т.е. случайный) уровень решения этого теста.
Способность к экстраполяции была проанализирована у значительного числа мышей, имевших в кариотипе робертсоновские транслокации (слияния) разных хромосом. У животных с робертсоновскими транслокациями Rb(6,15)1Ald, Rb(9,14)6Bnr, Rb(16,17)7Bnr, Rb(5,19)1Wh (в скобках указаны номера хромосом, вовлеченных в слияние) доля правильных решений этого теста также не отличалась от 50% случайного уровня. В то же время было обнаружено, что при слиянии хромосом 8 и 17 (это были транслокации Rb(8,17)1Iem и Rb(8,17)6Sic, возникшие совершенно независимо и найденные в разных лабораториях) мыши обнаруживают способность к экстраполяции (Крушинский и др., 1986). Мыши с этой транслокацией отличались и по способности к пространственной ориентации в лабиринте Морриса (см.: раздел 8.6.7.2), но в данном тесте их показатели были достоверно хуже, чем у мышей с нормальным кариотипом (Leitinger et al., 1994). Специальные эксперименты показали, что обнаруженные отклонения поведения связаны именно с наличием в кариотипе данной робертсоновской транслокации, поскольку они обнаруживались у мышей с разным генетическим фоном (Крушинский и др., 1986). Эта хромосомная мутация – слияние хромосом 8 и 17 — вызывает также изменения в содержании мозговых моноаминов (Салимов и др., 1995). Обнаруженные особенности мышей с этой транслокацией несомненно свидетельствуют о ее влиянии на фунцкию ЦНС. По-видимому этот феномен отражает так называемый эффект положения – изменение функции генетических элементов в зависимости от местоположения их в геноме. Нельзя исключить, что слияние хромосом изменяет пространственное их расположение в интерфазном ядре, а это, в свою очередь, может повлиять на процессы экспрессии некоторых генов.

8.6.4.3. Влияние на поведение генов, вызывающих неврологические отклонения.
Выше (см.: раздел 8.5.4), рассматривая способы выявления первичного эффекта действия гена, мы уже касались проблемы нейрогенеза при неврологических мутациях. Вместе с тем, неврологические мутации интересны для генетики поведения еще по ряду причин. Генетические особенности поведения инбредных и селектированных линий мышей и крыс, а также мутантных линий и стоков, с мутациями, затрагивающими отдельные звенья метаболизма, как правило, обнаруживаются в виде слабых, хотя и достоверных отклонений. В то же время моногенные неврологические мутации, выявление которых стало возможным в условиях массового разведения мышей в питомниках, обнаруживают четко заметные отклонения в поведении. Эти мутации, как правило, сопровождаются снижением жизнеспособности животных, у них бывают сильно выраженные отклонения в двигательной сфере, а морфология мозга или отдельных его структур бывает сильно изменена.
Все неврологические мутации — это моногенные нарушения. Наблюдения за мутантными животными позволяют составить "реестр" нарушений в двигательной и сенсорной сферах, а также нарушений поведения.
Поскольку одновременно проводится исследование первичных причин этих неврологических мутаций (см.: раздел 8.5.4.), то сопоставление всего набора плейотропных эффектов первичного генетического дефекта с нарушением синтеза структурных или регуляторных белков на определенных стадиях развития поможет создать более полное представление о формировании, по крайней мере, наиболее простых функций мозга. В этом отношении неврологические мутации — это потенциально мощный источник будущих знаний о мозге млекопитающих.
Внешне неврологические мутации проявляются в первую очередь в виде аномальной походки, трудностей в поддержании позы, нарушении способности к плаванию, к исследовательскому поведению, в развитии судорожных состояний разной степени тяжести (Полетаева, Романова, 1990).
Первоначально эти дефекты связывали с нарушениями строения мозжечка и/или внутреннего уха, а также (у другой группы мутаций) с демиелинизацией мозга. Более подробные исследования позволили установить, что у таких мутантов существуют нарушения и в строении продолговатого, среднего и переднего мозга, в том числе и гиппокампа.
Ниже приведен краткий и по этой причине неполный перечень аномалий поведения при неврологических мутациях мыши. Поскольку почти все неврологические мутации рецессивны, а гомозиготные по ним особи мало жизнеспособны — у них укорочена продолжительность жизни и резко снижена способность к размножению — мутантные линии поддерживают, скрещивая между собой гетерозиготных мышей. При этом в потомстве обнаруживаются как гомо-, гетерозиготы, так и нормальные особи, которые обычно и служат контролем при проведении исследований поведения мутантов.
Судорожные состояния. Судороги обнаруживаются при мутациях демиелинизации (например, quacking), а также при мутациях weaver, Lurcher и tottering. Судороги в ответ на действие сильного звука (так называемая аудиогенная эпилепсия) обнаружены у мышей линии 101/HY, у которых мутация локализована в локусе, отвечающем за репарацию ДНК.
При мутации tottering (tg — ген локализован в 8-й хромосоме) обнаруживается целый ряд аномальных фенотипических признаков. К их числу относятся повышенное содержание в мозге норадреналина и увеличение числа норадренергических терминалей нейронов голубого пятна (locus coeruleus — ядро продолговатого мозга). В другой мощной норадренергической системе мозга — в латеральных отделах покрышки (tegmentum) изменений не обнаруживается. У гомозиготных особей tg/tg увеличено число адренергических аксонных терминалей нейронов голубого пятна на клетках новой коры, латерального коленчатого тела, гиппокампа, коры мозжечка, кохлеарного ядра. Ни размеры мозга, ни структура клеток, ни число норадренергических нейронов голубого пятна не обнаруживают отклонений от нормы. В то же время у мутантов tg/tg обнаруживаются периодически возникающие эпилептиформные разряды в ЭЭГ, так называемые комплексы "пик-волна", а также судорожные припадки.
Более подробный анализ показал, что этот судорожный синдром, по-видимому, относится к категории типичных вторичных эффектов. Полагают, что повышенный уровень норадреналина в мозге этих мутантов вызывает компенсаторные изменения, снижение числа адренорецепторов на нейронах, что может повлечь за собой снижение чувствительности к норадреналину и далее развитие судорог (см. также: раздел 8.6.5.1).
Гнездостроительное и материнское поведение. Мышь-самка с мутацией staggerer (sg, 9 хромосома, гибель почти 75% клеток Пуркинье и почти всех клеток-зерен) не поедает плаценту и не слизывает амниотические оболочки новорожденных мышат, не собирает детенышей в гнездо, а, наоборот, разбрасывает их. Она даже не перекусывает пуповины. Однако, если собственный помет такой самки на несколько дней забрать от матери и подложить для выкармливания нормальной приемной матери, а самой мутантной самке подложить более старших по возрасту – 4-дневных детенышей, то впоследствии материнское поведение у нее может проявиться. Для этого самку с детенышами следует поместить в очень тесную клетку, в которой она не может "раскидать" детенышей и поэтому оказывается в состоянии вырастить большую часть помета. При этом помимо кормления молоком самка обнаруживает способность вылизывать детенышей, однако ни строить гнездо, ни подтаскивать их к гнезду она не может. Было также показано, что при мутации sg изменены уровни лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов в плазме крови (Guastavino et al., 1992).
Плавание. При некоторых неврологических мутациях, затрагивающих внутреннее ухо и органы равновесия, эта способность полностью отсутствует, тогда как у мозжечковых мутантов плавание менее нарушено, чем ходьба. Возможно, что этот тип локомоции, как более древний и более примитивный, базируется на более простых, а следовательно, менее затронутых анатомическими аномалиями сетях нейронов.
Исследовательское поведение. При мутации nervous (nv), повреждающей клетки Пуркинье мозжечка и его центральные ядра, эта форма поведения практически мало изменена. Число норковых реакций — заглядываний в отверстия, проделанные в полу камеры — не отличается от нормы. В то же время nv и другие мутанты характеризуются персеверацией реакций, т.е. повторным обследованием одних и тех участков пространства — отверстий-норок. По сравнению с нормальными животными у мутантов резко ослаблен процесс привыкания исследовательского поведения, иными словами у них нарушен один из наиболее универсальных процессов адаптации к внешним условиям. Следует, однако, помнить, что причиной сильных аномалий исследовательского поведения этих мутантов может быть, по крайней мере, частично, измененная моторика.
Pеакция чередования. Попеременное перемещение то вправо, то влево при обследовании пространства, при поисковом поведении, при помещении в достаточно знакомую обстановку — характерная черта лабораторных мышей и крыс. У мутантов sg эта способность полностью отсутствует.
Аналогичный дефект отмечен у rl, wv и при мутации purkinje cell degeneration (pcd). Полагают, что данное нарушение есть следствие аномалий в анатомии и/или нейрохимии гиппокампа.
Обучение в лабиринте; пространственная память. Аномальное строение гиппокампа с нарушением расположения слоев при мутации Hippocampal lamination defect (Hld), свойственное линии BALB/c, выявляется только гистологически, а специфических изменений поведения, характерных для данной мутации, не описано. При мутации rl обнаруживаются также и нарушения поведения. Обучение реакции пассивного избегания не страдает при Hld, но резко изменено у rl. У rl были нарушены даже начальные этапы формирования навыка поиска пищи в радиальном лабиринте. Несмотря на фенотипическое сходство особенностей поведения мутантов rl и sg, аномалии поведения в радиальном лабиринте и в водном лабиринте Морриса были более сильными у rl.




СОДЕРЖАНИЕ