Печатается по изданию: Л. И. КОРОЧКИН, А. Т. МИХАЙЛОВ. ВВЕДЕНИЕ В НЕЙРОГЕНЕТИКУ. Москва, "Наука", 2000; с. 148, 154, 157, 159, 160-162
Стр. 148
<…>Исторически сложилось три главных подхода в изучении генетики поведения.
Первый заключается в определении поведенческих различий между различными линиями того же самого вида или между тесно родственными видами. Так, были обнаружены выраженные индивидуальные различия в обучении избеганию ударов электрическим током в гетерогенной популяции мышей Swiss-Webster. Сравнение индивидуальных кривых обучения показывает, что каждый индивидуум имеет свой определенный уровень выполнения задачи. В прошедших инбридинг линиях эти различия сглаживаются, но появляются значительные межлинейные различия (Корочкин 6.1, стр.149).
Мыши линий C57BL и СЗН предпочитают пить воду с добавлением спирта, в то время как мыши линий BALB/c и А/3 демонстрируют отвращение к спирту. Было обнаружено также, что некоторые дети имеют наклонность к употреблению спирта, по-видимому, генетически детерминированную.
Об этом свидетельствуют, в частности, исследования на близнецах, которые показали, что различия между индивидуальными генотипами вносят определенный вклад в вариабельность по некоторым характеристикам потребления алкоголя: полное воздержание, употребление в больших количествах и с большей частотой. Вариабельность подверженности алкоголизму как болезни во многом определяется генетическими факторами. Роль наследственного предрасположения в возникновении алкоголизма подтверждается: 1) повышением вероятности возникновения алкоголизма у лиц с наследственным предрасположением независимо от условий воспитания, 2) отсутствием различий в частоте алкоголизма у полусибсов, имеющих биологического родителя, больного алкоголизмом, независимо от наличия алкоголизма у воспитателя, 3) достоверно большей корреляцией частоты развития алкоголизма с характером наследственного предрасположения, чем с характером воспитания.
Крысы линии Эриксона, различавшиеся по высокой и низкой степени алкогольного предпочтения, подвергались многочисленным исследованиям для выяснения физиологических межлинейных различий. Они не обнаружили различий по суточному ритму алкогольного потребления, но в крови у крыс линии с высоким алкогольным предпочтением наблюдались более высокие, явно токсические уровни алкоголя. Скорость удаления алкоголя из крови после введения некоторой его дозы была сходной у обеих линий, а уровень содержания ацетальдегида был выше у линии с низким предпочтением. Отношение уровней бета-гидроксибутирата и ацетоацетата в печени было достоверно выше во время алкогольного метаболизма у крыс линии с высоким алкогольным предпочтением. Это указывает на различия в состоянии внутримитохондриальной редокс-цепи клеток печени во время метаболизма алкоголя. Таким образом, существуют некоторые межлинейные различия для альдегидного метаболизма и возможно, что более медленное удаление альдегидов могло быть причиной влияния альдегидов на центральную нервную систему. Это, вероятно, и ограничивало потребление алкоголя у линии крыс с низким его предпочтением. Были обнаружены также некоторые нейрохимические различия между линиями крыс Эриксона, селектированных на низкое и высокое алкогольное потребление. Оказалось, что более высокие концентрации 5-гидрокситрипта-мина и 5-гидроксииндолилуксусной кислоты (5-ГИУК) в мозгу присущи крысам с высоким алкогольным потреблением. Различия в уровне 5-ГИУК увеличивались при блокировании удаления 5-ГИУК пробенцидом. Была установлена еще одна нейрохимическая особенность: увеличение числа ионов калия после электрической стимуляции срезов коры больших полушарий угнеталось при потреблении алкоголя крысами с низким его предпочтением.
Рис. 6.2. Корочкин, стр. 154
Стр.157
<…>Второй подход к анализу наследования поведенческих признаков - селекция животных на определенный вид поведения из аутбредной популяции. Первые эксперименты такого рода были предприняты Толменом (Tolman) в 1924 г. Он обнаружил среди белых крыс полиморфизм по способности к обучению в Т-образном лабиринте (Корочкин Рис. 6.4, стр. 158). Была измерена способность учиться получать пищу в конце multiple T-maze путем подсчета количества проб и ошибок. Чтобы добраться до конца лабиринта и получить пищу, крысе приходится пройти и через несколько тупиковых отделов лабиринта. Чем крыса "умнее", тем быстрее она обучается избегать эти тупиковые пути. Если скрещивать "умных" мышей с "умными", а "глупых" с "глупыми", то можно отселектировать линии "умных" и "глупых" животных, что особенно четко было продемонстрировано Р. Трайоном (Тгуоп) в 1942 г., проводившим такую селекцию на протяжении 18 поколений.
Российские генетики выявили полиморфизм по скорости выработки пищедобывательного двигательного условного рефлекса в популяции лабораторных крыс. Крысы должны были в ответ на световой (вспышка лампочки) или звуковой (звонок) сигнал прыгнуть на определенную площадку в клетке, после чего они получали пищевое подкрепление. Средний показатель скорости выработки условного рефлекса в популяции из 60 лабораторных крыс равен 22,8 сочетаний и колеблется от 3 сочетаний до 93. Налицо, таким образом, значительная индивидуальная вариабельность животных по их способности к обучению.
Из исследованной популяции крыс были отселекционированы две линии, отличающиеся по скорости выработки условного двигательного пищедобывательного рефлекса (Корочкин 6.5, стр. 159).
Анализ этих животных показал, что распределение по данному признаку практически не отличается от нормального, что позволило вычислить показатель наследуемости признака. Он оказался достаточно высок и равен 0,34. Селекция на лучшую способность к обучению повлекла за собой увеличение массы мозга и особенно гиппокампа, о роли которого в процессе обучения хорошо известно. Гранулярные нейроны зубчатой фасции гиппокампа имеют прямое отношение к хранению следов прошлого опыта. В генетически гетерогенной популяции мышей была обнаружена корреляция между размерами гиппокампа и способностью к формированию условной избегательной реакции.
Селекция на высокий вес мозга увеличивает темпы эмбрионального и неонатального роста, но не изменяет его продолжительность. Животные этих линий имеют более тяжелый мозг при рождении по сравнению с неселекционированным контролем, и эта разница сохраняется в течение всего периода постнатального роста. Селекция в обратном направлении не изменяет темпы эмбрионального развития нервной ткани. Масса мозга у новорожденных селекционированных животных одинакова с массой мозга неселекционированного контроля. Однако у первых наблюдается более ранняя остановка в постнатальном развитии мозга. Это может иметь существенные последствия для поведения, поскольку вместе с сокращением периода морфогенеза мозга изменяется продолжительность периода, зависимого от средовой стимуляции становления нервной системы в пределах нормы реакции. Установлено, что средовые воздействия в ранний период онтогенеза влияют на некоторые морфологические параметры нервной ткани. Так, увеличение числа микронейронов (звездчатых, ретикулярных и гранулярных нервных клеток), которым приписывается особо важная роль в осуществлении творческой функции мозга, происходит и после рождения. Средовые воздействия в ранний постнатальный критический период развития ведут к увеличению числа микронейронов и, что особенно важно, к усложнению их дендритных связей. Вследствие этого селекция на более низкую массу мозга, сокращая период его постнатального развития, может уменьшать как число нейронов, так и сложность межнейронных контактов.
С помощью селекции были выведены линии животных, различающихся по эмоциональности. Такая работа была проведена П. Бродхерстом (Broadhurst), избравшим в качестве исходной популяции белых крыс линии Вистар с неопределенным генетическим фоном, которая в силу этого обеспечила максимум генетической изменчивости, необходимый на начальных этапах селекции. В течение 15 последовательных поколений вся популяция (3673 крысы) испытывалась в тесте "открытого поля" (Корочкин 6.6, 160).
Высокий и низкий уровни эмоциональности определяли по высокому и низкому уровню дефекации. Результаты отбора на низкий и высокий уровень дефекации представлены на рис. 6.7, Корочкин, стр. 160. То, что генетически детерминированная дивергенция на две линии осуществляется медленно, свидетельствует о полигенном наследовании данного признака. В то же время следует отметить, что отбор по одному признаку, особенно если последний определяется многими генами, часто приводит к изменению и других признаков, в частности, нарастание межлинейных различий по уровню дефекации сопровождалось появлением различий по двигательной активности. Кроме того, линия с высоким уровнем дефекации (реактивная - Р) оказалась более способной к выработке условного эмоционального рефлекса. Этот рефлекс заключался в том, что при подаче условного сигнала, который сочетался с болевым электрическим раздражением, происходит торможение другого условного рефлекса: число нажатий на рычаг аппарата Скиннера уменьшается (каждое нажатие всегда подкреплялось водой). Это и понятно, если учесть множество нервных модулей, задействованных в этих поведенческих реакциях и сложность взаимодействий между этими модулями. У двух отселектированных таким образом линий были также обнаружены физиологические различия. Крысы линии Р имеют большие по размерам щитовидную железу и надпочечники и проявляют много признаков, свидетельствующих о постоянно предрасположенности эндокринной системы к стрессу.
При отборе по поведению чаще всего практикуют селекцию в течение 20-30 поколений, хотя иногда отбор проводится в течение 100-300 поколений. Существуют специальные методы локализации генов, ответственных за различия по поведению в отселектированных линиях. В качестве примера можно провести селекцию дрозофилы на линии с положительным и отрицательным геотаксисом.
Рисунки из книги: З. А. Зорина, И. И. Полетаева, Ж. И. Резникова. "Основы этологии и генетики поведения" Рис. 8.22. Стр. 299
Стр.162 (Корочкин)
<…>Третий подход, особенно активно применяемый в наши дни, связан с изучением эффектов отдельных генов на поведение. Известно множество примеров такого рода эффектов у самых разных животных. Типичным случаем является процесс очистки пчелами сот от личинок, погибших от распространенной болезни - американской пчелиной гнильцы, переносимой Bacillus larvae. Обнаружены гигиенические и негигиенические пчелы. Первые распечатывают ячейки, в которых находятся зараженные болезнью личинки, и немедленно их оттуда выбрасывают. В противном случае трупы личинок с содержащимися в них спорами переносчика болезни способствуют постоянному распространению инфекции. Гигиеническое поведение пчел осуществляется в два этапа, каждый из которых контролируется одним геном: 1) распечатка сотовых ячеек (рецессивный ген и), 2) удаление содержимого ячеек (рецессивный ген r). Следовательно, генотип пчел в гигиеническом улье может быть записан как ииrr.
В настоящее время широко используется тот факт, что внутри инбредной линии с относительно постоянным генотипом появляются спонтанные мутанты с изменениями тех или иных поведенческих реакций.