35. Генетичні дослідження поведінки тварини і людини

Генетичні підходи до дослідження поведінки дозволяють з'ясувати, з чим саме пов'язана мінливість даного нас ознаки, тобто в якій мірі вона пов'язана з мінливістю генотипів даної групи тварин, а в якій - із зовнішніми по відношенню до генотипу подіями, впливають на ЦНС, а отже, і на поведінку. У таких дослідженнях важливу роль відіграє використання так званих генетичних моделей - груп тварин, які з генетично «охарактеризованих», нерідко ідентичних (Або майже ідентичних) за генотипом особин з певними фізіологічними або біохімічними особливостями. Використовують, наприклад, лінійних тварин - інбредні і селектованих лінії. Між інбредні лініями (мишей чи пацюків) виявляються відмінності з тих чи інших ознаками поведінки. Виявлення таких міжлінійних відмінностей - зазвичай перший етап дослідження. Наступним кроком у класичних дослідженнях з генетики поведінки буває схрещування тварин з ліній, виявили контрастні значення ознаки, з отриманням гібридів і аналізом розщеплення ознак у другому і наступному поколіннях. Поряд з цим у генетиці поведінки використовуються селектованих лінії, сформовані шляхом штучного відбору на високі і низькі значення якої-небудь ознаки поведінки (у таких випадках для схрещування в послідовних поколіннях відбираються тварини відповідно з високими і низькими значеннями даного дослідника ознаки). Після виведення таких ліній нерідко проводиться їх схрещування і аналіз прояву ознак у потомства. Дані такого класичного генетичного аналізу роблять можливим висновок і про кількість генів, які визначають основний внесок в мінливість досліджуваного ознаки поведінки. Тестування поведінки гібридів першого покоління дає інформацію про домінантному, проміжному або рецесивним спадкуванні цікавить ознаки. Якщо дана ознака визначається одним, двома або трьома генами, то це можна встановити по картині його розподілу у гібридів другого покоління і нащадків поворотного схрещування. Якщо ж у визначенні ознаки бере участь більше число генів, то необхідно застосовувати методи генетики кількісних ознак. Сучасний етап розвитку науки збагатив генетику поведінки новими методами. До їх числа належать:

• метод рекомбінантних інбредних ліній (див.: Nesbitt, 1992);

• метод QTL-quantitative trait loci (Le Roy, 1999);

• створення і дослідження мозаїчних і химерних тварин (Мак Ларен, 1979);

• створення трансгенних організмів і тварин-нокаутів (Див.: Jones, Mormede, 1999). p> Нейрогенетика і генетика поведінки сформувалися в великій мірі завдяки роботам на дрозофілі (Drosophila melanogester). Це відноситься і до генетичному дослідженню процесу розвитку нервової системи, і до виявленню специфічних для нервової системи генів і генних комплексів, що виявляються подібними і у дрозофіли, і у ссавців.

Миші (Mus musculus) також надзвичайно важливий експериментальний об'єкт нейрогенетики і генетики поведінки. На мишах різних ліній, як інбредних, так і селектованих, досліджені генетичні варіації в поведінці і кореляція іноді досить складних ознак поведінки з мінливістю будови деяких відділів мозку. Миші широко використовуються також для вивчення нейро-біологічних основ процесу навчання, причому все більшу роль починають грати дослідження поведінки і здатності до навчання у мишей, у яких геноінженерний методами певні гени або вимкнені (Миші-нокаути), або видозмінені (штучні мутанти). Вивчення таких твари...н методами генетики поведінки дає також можливість моделювати цілий ряд неврологічних і психічних захворювань людини (епілепсія, алкоголізм, депресивні стани, хвороба Алидгеймера та ін - Driscoll, 1992).

Щура (Rattus norvegicus) також досить часто використовуються як об'єкт генетики поведінки. Мозок пацюки більший і зручніший для хірургічних маніпуляцій і електрофізіологічних досліджень. У той же час розведення щурів в кількостях, необхідних для генетичних досліджень, коштує дуже дорого. Внаслідок цього, а також у зв'язку зі значно більшою вивченістю геному миші генетичні дослідження поведінки щурів не надто численні. Проте саме на них були проведені багато класичні роботи (См.5). h2> 4. Мінливість поведінки та виявлення ролі генотипу.

Традиційне питання, що стоїть перед дослідниками в галузі генетики поведінки, - це з'ясування ролі генетичних факторів у визначенні особливостей поведінки.

Роль генотипу і середовища у формуванні поведінки. Одним з важливих питань генетики поведінки є розробка теоретичної концепції та методичних прийомів визначення відносної ролі генотипу і середовища у формуванні ознак поведінки. Це питання невіддільний від проблеми формування поведінки в онтогенезі, тобто проблеми відносної ролі В«природиВ» і В«вихованняВ» (nature-nurture).

Накопичення інформації про особливості розвитку поведінки тварин різних видів, успіхи генетики поведінки і генетики розвитку дозволили сформулювати ряд загальних правил, які допомагають визначати відносну роль того й іншого компонента у формуванні конкретного поведінкового акту. Ці правила враховують особливості поведінки даного виду тварин, ступеня жорсткості або, навпаки, пластичності основних компонентів його поведінки, а також іноді пряму інформацію про генетичному контролі його особливостей.

У 1965 р. К. Лоренц досить чітко сформулював деякі загальні положення про співвідношення вроджених і набутих компонентів в еволюційних перетвореннях поведінки тварин. Цьому питанню присвячена актуальна і донині його книга В«Еволюція і модифікація поведінкиВ» (Lorenz, 1965). p> Лоренц припустив, що вдосконалення поведінки в еволюції може йти двома шляхами:

перший з них пов'язаний з підвищенням у репертуарі поведінки В «питомої ваги» спеціалізованих і жорстко запрограмованих реакцій типу вроджених завершальних актів (див. 2.11.2). При такому типі організації поведінки здатність до навчання певною мірою обмежена, а спектр реакцій,

які тварина набуває в результаті індивідуального досвіду, відносно вузький;

другий шлях еволюційного вдосконалення поведінки - Це посилення індивідуальної адаптації за рахунок розширення діапазону можливостей іншої фази поведінкового акту-пошукової. У цьому випадку вроджені реакції часто можуть виявитися В«замаскованимиВ» різного роду індивідуально набутими нашаруваннями.

За уявленнями Лоренца, посилення спеціалізації поведінки, наявність жорстких програм поведінки, нехай навіть передбачають широкий діапазон реакцій, обмежують можливості окремих особин в пристосуванні до нових умов. Еволюція по другому шляху створює широкі можливості для індивідуального пристосування до різноманітних ситуацій.

У цілому можна сказати, що еволюція поведінки безхребетних (наприклад, комах) йшла в основному по шляху ускладнення і вдосконалення фіксованих комплексів дій з жорсткою внутрішньою програмою, тобто по першому шляху. У той же час еволюція поведінки хребетних йшла шляхом підвищення здатності до швидких адаптаціям - за рахунок удосконалення пошукового поведінки, тобто за рахунок розширення можливостей здійснювати поведінкові акти з лабільною індивідуальною програмою.

На початку 70-х років XX в. ці уявлення розвинув Е. Майр, виклавши їх в термінах, ближчих генетиці. Він постулював існування двох типів генетичних програм - В«закритихВ» і В«відкритихВ». На основі молекулярно-генетичних даних, накопичених до того часу, Майр припустив, що онтогенетична програма послідовної реалізації спадкової інформації (пов'язаної з формуванням мозку і поведінки) може залежати від впливу зовнішніх умов у різному ступені, тобто вона може бути закритою для їх впливів або, навпаки, відкритої (докладніше див: Ерман, Парсонс, 1984). p> Як відомо, історія біології, і зокрема біології розвитку, пройшла етап бурхливих дебатів, які отримали назву В«nature-nurture controversion В». Йшлося про пріоритет в поведінкових реакціях або природних задатків організму, або виховання (В«вродженеВ» і В«придбанеВ»). У Нині цей спір вирішено в рамках досить загальновизнаною епігенетичної концепції. (У початковій формі ця концепція розглядає роль генотипу і сре-дових впливів в ембріогенезі, проте в принципі застосовна і до розгляду природи різного типу впливів на формування ознак поведінки дорослої тварини).

Суть епігенетичної концепції полягає в наступному. Формування мозку в онтогенезі - нейрогенез - є безперервний процес, в ході якого відбувається взаємодія сигналів, що надходять з зовнішнього середовища, та інформації, зчитувати з геному.

У схематичне формі, однак, не можна обійтися без умовного розподілу процесу розвитку на стадії. При цьому послідовні стадії розвитку можна представити у вигляді схем, в які входить ряд компонентів. Успіх кожній стадії розвитку забезпечується наявністю таких компонентів: фенотипу Р, продуктів експресії певних генів G і існуванням деякого набору зовнішніх умов Е, які можуть варіювати в певних межах:

P1 + G1 + El в†’ Р2 + G2 + Е2 - РЗ і т.д.,

де Р1-фенотип зиготи, Р2 - фенотип наступній стадії. При розвитку нервової системи ця картина ускладнюється тим, що в категорію В«ЗовнішніхВ» умов потрапляють впливу, які виходять від інших клітинних елементів нервової системи. Загальний аналіз показує, що на нейрон діють продукти експресії генів, які можна умовно розділити на 4 категорії в залежно від особливостей їх експресії:

експресуються в дифференцирующихся нейронах;

в нейронах інших груп, ніж дана;

в гліальних клітинах;

гени, які виявляють свій вплив на рівні цілого організму (наприклад, гени, що кодують білки-попередники гормонів).

Одна з важливих причин появи розбіжностей в визначенні ролі вродженого і придбаного у поведінці полягала в тому, що різні дослідники ставили перед собою різні цілі. Метою одних робіт було вивчення зовнішніх, середовищних впливів на поведінку, метою інших - вивчення спадкових задатків або нейрофізіологічних механізмів реакцій організмів. Очевидно, що різні цілі досліджень визначали і вибір видів тварин і різні форми їхньої поведінки, а це, природно, могло вести до появи досить контрастних результатів. Одна з причин таких контрастів - різна норма реакції різних ознак поведінки.

Відповідно до сучасних уявлень, всі ознаки організму (у тому числі і ознаки поведінки) генетично детерміновані, проте ступінь їх генетичної обумовленості ознак (тобто жорсткість відповідної генетичної програми) варіює в широких межах. В одних випадках розвиток ознаки повністю контролюється внутрішньої програмою, і впливу зовнішніх факторів у процесі онтогенезу можуть змінити його лише в дуже малому ступені. В інших випадках програма записана лише В«у загальних рисах В», і формування ознаки схильне різноманітним впливам.

Ступінь мінливості ознаки в межах, що задаються його генетичною програмою, і являє собою, як уже говорилося вище, норму реакції.

Як і будь-які інші, всі ознаки, що характеризують поведінка, перебувають під впливом генотипу і середовища.

Кожна ознака поведінки формується як результат взаємодії цих двох джерел мінливості. Відповідно до це-логічною схемою акта поведінки (див. 2.11,2), можна сказати, що дії, пов'язані з пошукової фазі поведінкового акта, мають широку норму реакції, тоді як реакції типу завершальних актів ...- вузьку.

Так, наприклад, здійснюючи пошук їжі, тварина може навчитися діставати її з раніше недоступних йому місць, використовуючи для цього різноманітні рухи. Однак умертвіння видобутку воно може здійснити з допомогою досить жорсткою, видоспецифической послідовності дій (Фіксованого комплексу дій). p> Очевидно, що для чіткого опису залежності даного поведінки від зовнішніх впливів та/або від вроджених задатків необхідно штучно вирощувати тварин в умовах, де зовнішня стимуляція суворо В«ДозуєтьсяВ». Такі експерименти були названі В«де-пріваціонниміВ» (від англ. deprive - позбавляти). Метод ізольованого виховання (депріваціонних експеримент) був запропонований з метою з'ясувати, якою мірою поведінка тварини може сформуватися в відсутність звичних для даного виду зовнішніх умов. Суть методу полягає в тому, що тварин вирощують в ізоляції аж до дорослого стану, коли можна визначити, наскільки спектр їхньої поведінки відрізняється від нормальних особин цього виду. Ступінь і форми депривації досить різноманітні, наприклад ізоляція дитинча від матері після, а іноді і до припинення вигодовування (у ссавців) або ізоляція від однолітків і інших особин свого виду (наприклад, вирощування співочих птахів у звукоізолюючих камерах, позбавлення їх слуху тощо). У деяких депріваціонних експериментах тваринам створюють так звану збіднену середовище проживання: їх вирощують в дуже простих клітинах, позбавлених більшості зовнішніх стимулів, звичайних для тварин даного виду. Типовий приклад збідненого середовища для утримання лабораторних гризунів - звичайні клітини; для В«збагаченняВ» середовища дослідники поміщають туди драбинки, тунелі, полки, предмети для маніпулювання і т.д.

Питання про роль вродженого і придбаного у поведінці вирішується в даний час конкретно в кожному випадку, стосовно до аналізованої формі поведінки і виду тварини.