9.2. Роль генотипа в формировании способности к рассудочной деятельности

При тестировании элементарной рассудочной деятельности были получены многочисленные свидетельства вариативности (изменчиво­сти) уровня выполнения этого теста среди животных одного вида. Л. В. Крушинский и его сотрудники в 60-70-е годы XX века проана­лизировали способность животных многих видов к экстраполяции на­правления движения стимула, т.е. их умение оперировать закономер­ностями перемещения предметов (см. гл. 4).

Сравнительные исследования поведения животных разных видов позволили сделать заключение, что уровень рассудочной деятельнос­ти тем выше, чем сложнее мозг животного (см. гл. 8). Однако для изу­чения физиолого-генетических основ этого феномена было необхо­димо исследовать животных одного вида, и наиболее подходящими объектами такой работы казались лабораторные грызуны, хорошо изу­ченные как в физиологических, так и в генетических аспектах. Но именно у грызунов способность к экстраполяции оказалась развита слабо, в частности у лабораторных крыс и мышей она обнаружива­лась далеко не всегда.

Экспериментальные данные о существовании генетических раз­личий в способности животных к решению элементарных логических задач были получены в лаборатории Л. В. Крушинского при сравнении способности к экстраполяции у диких и доместицированных (одо­машненных) форм лисицы и серой крысы. Дикие «красные» лисицы отличались высоким уровнем правильных решений теста на экстрапо­ляцию. В то же время одомашненные черно-серебристые лисицы, в том числе и мутантные по цвету шерсти, разводившиеся в неволе в течение многих десятков поколений, выполняли этот тест с досто­верно более низкими показателями, чем их дикие сородичи.

Рисунок 9.1А показывает успешность решения данного теста ли­сицами обеих групп. Доля правильных решений (на рисунке — высота столбиков) была выше у диких (1) лисиц, по сравнению с одомаш­ненными (2—5). Очень высокий уровень правильных решений теста на экстраполяцию (даже при его первом предъявлении) наблюдали у прирученных диких крыс-пасюков, хотя эти показатели быстро сни­жались уже в течение первого опытного дня (т.е. при 6—8 предъявлениях теста). Лабораторные же крысы (линии Крушинского—Молодкиной

266

/KM), Wag, August и их гибриды между собой) оказались вообще не­способными к решению задачи на экстраполяцию. Доля правильных решений у них не превышала 50%-го уровня, т.е. они выбирали направ­ление обхода ширмы чисто случайно, не руководствуясь информацией о направлении перемещения корма. В то же время гибриды первого по­коления от скрещивания диких крыс с лабораторными обнаружили высокий уровень решения этой задачи, достоверно превышающий слу­чайный уровень (Крушинский, 1986). Эти соотношения можно видеть на рис. 9.1 Б, где 1 и 2 — показатели диких крыс и их гибридов, 3-6 — соответственно крысы линий KM, WAG, Aug и гибридов KM x Aug.

И лабораторные крысы, и черно-серебристые лисицы, хотя и ве­дут свое происхождение от соответствующих диких форм, в течение многих поколений разведения в неволе не испытывали действия ес­тественного отбора. Иными словами, в популяциях таких животных не было «выживания наиболее приспособленных», и соответственно доля животных, способных к быстрым адекватным реакциям на меняющи­еся внешние условия, оказалась уменьшенной. Отражением этого мож­но считать снижение доли правильных решений теста на элементар­ную рассудочную деятельность.

Л. В. Крушинский (1986) предполагал, что в случае прекращения действия естественного отбора при размножении животных в неволе разрушаются сложные полигенные системы (или «коадаптированные комплексы»), которые в естественных условиях обеспечивают при­способление животных (через механизмы поведения) к изменяющимся и часто неблагоприятным внешним условиям.

Среди лабораторных мышей также были обнаружены генетичес­кие группы, у которых доля правильных решений задачи достоверно превышала случайную. Это были мыши с робертсоновской транслока­цией (слиянием) хромосом Rb(8,l7)Jfern. В начале этого исследования способность к экстраполяции была проанализирована у значитель­ного числа мышей с различными нарушениями кариотипа, в част­ности с робертсоновскими транслокациями разных хромосом. У жи­вотных с большинством таких мутаций доля правильных решений теста также не отличалась от 50%-го случайного уровня. В то же время мыши, у которых было слияние хромосом 8 и 17 (транслокации Rb(8,17)llem и Rb(8,17)6Sic; оно возникло совершенно независимо и найденно в разных лабораториях), оказались способными к экстра­поляции. Рис. 9.1В показывает, что мыши со слиянием хромосом 8 и 17 (3-5) достоверно решали задачу на экстраполяцию, тогда как мыши с нормальным кариотипом (1,2) и со слиянием других хромо­сом (6) задачи не решали.

Мыши с этой хромосомной мутацией, в течение более 20 лет разво­дившиеся в нашей лаборатории, устойчиво показывали отличный от случайного уровень решения задачи на экстраполяцию. Позднее мы ис­следовали этот вопрос с использованием уникальной генетической

267 

Рис. 9.1. Успешность решения теста на экстраполяцию животными раз­ных генетических групп (пояснения в тексте).

А — решение теста лисицами; Б — крысами; В — мышами. Высота столбца соответствует доле правильных решений задачи при первом (ближний ряд) и многократных (дальний ряд) предъявлениях задачи.

268

модели — мышей 4 инбредных линий, которые попарно различались либо по генотипу (СВА и C57BL/6J), либо по наличию или отсут­ствию этой транслокации (Полетаева, 1998).

р     Эксперименты с животными этих линий показали, что усиле­ние способности к решению теста на экстраполяцию и другие особенности поведения, а также особенности обмена катехола-минов у этих мышей связаны именно с наличием в их кариотипе С данной робертсоновской транслокации.

Возможно, что причиной, лежащей в основе этих изменений в функции ЦНС при данной хромосомной перестройке, могут быть из­менения в пространственном расположении генетического материала в интерфазном ядре, возникшие как следствие слияния хромосом.

Данные по различиям способности к экстраполяции у животных, отличающихся друг от друга генетически, естественно, не стоят особ­няком, а являются частью огромной «базы данных», созданной к сегод­няшнему дню учеными, работающими в области генетики поведения.

Генетические исследования затрагивают практически все формы поведения, в том числе и способность к обучению, и способность к формированию пространственных представлений. Для того чтобы вкрат­це познакомиться с этим материалом, необходимо сначала дать крат­кий очерк основных методологических особенностей данного направ­ления. Далее приводятся примеры использования генетических мето­дов для изучения когнитивных способностей животных, а также краткое описание исследований генетических закономерностей пси­хических способностей человека.

9.3. Методы и объекты генетики поведения

Генетические подходы к исследованию поведения позволяют вы­яснить, с чем именно связана изменчивость интересующего нас при­знака, т.е. в какой степени она связана с изменчивостью генотипов данной группы животных, а в какой — с внешними по отношению к генотипу событиями, воздействующими на ЦНС, а следовательно, и на поведение. В таких исследованиях важную роль играет использова­ние так называемых генетических моделей — групп животных, состоя­щих из генетически «охарактеризованных», нередко идентичных (или почти идентичных) по генотипу особей с определенными физиоло­гическими или биохимическими особенностями. Используют, напри­мер, линейных животных — инбредные и селектированные линии. Между инбредными линиями (мышей или крыс) обнаруживаются раз­личия по тем или иным признакам поведения. Выявление таких меж­линейных различий — обычно первый этап исследования. Следующим шагом в классических исследованиях по генетике поведения бывает скрещивание животных из линий, обнаруживших контрастные значе-

269

 ния признака, с получением гибридов и анализом расщепления при­знаков во втором и последующем поколениях. Наряду с этим в гене­тике поведения используются селектированные линии, сформирован­ные путем искусственного отбора на высокие и низкие значения ка­кого-либо признака поведения (в таких случаях для скрещивания в последовательных поколениях отбираются животные соответственно с высокими и низкими значениями интересующего исследователя признака). После выведения таких линий нередко проводится их скре­щивание и анализ проявления признаков у потомства.

Данные такого классического генетического анализа делают воз­можным вывод и о количестве генов, которые определяют ос­новной вклад в изменчивость изучаемого признака поведения. Те­стирование поведения гибридов первого поколения дает инфор­мацию о доминантном, промежуточном или рецессивном наследовании интересующего признака. Если данный признак оп­ределяется одним, двумя или тремя генами, то это можно уста­новить по картине его распределения у гибридов второго поколе­ния и потомков возвратного скрещивания. Если же в определе­нии признака участвует большее число генов, то необходимо применять методы генетики количественных признаков.

Современный этап развития науки обогатил генетику поведения новыми .методами. К их числу относятся:

* метод рекомбинантных инбредных линий (см.: Nesbitt, 1992);

* метод Q TL— quantitative trait loci (Le Roy, 1999);

* создание и исследование мозаичных и химерных животных (МакЛарен, 1979);

* создание трансгенных организмов и животных-нокаутов (см.:

Jones, Mormede, 1999).

Нейрогенетика и генетика поведения сформировались в большой степени благодаря работам на дрозофиле (Drosophila melanogester). Это относится и к генетическому исследованию процесса развития нер­вной системы, и к выявлению специфических для нервной системы генов и генных комплексов, оказывающихся сходными и у дрозофи-лы, и у млекопитающих.

Мыши (Mus musculus) также чрезвычайно важный эксперименталь­ный объект нейрогенетики и генетики поведения. На мышах разных линий, как инбредных, так и селектированных, исследованы генети­ческие вариации в поведении и корреляция иногда достаточно слож­ных признаков поведения с изменчивостью строения некоторых от­делов мозга. Мыши широко используются также для изучения нейро-биологических основ процесса обучения, причем все большую роль начинают играть исследования поведения и способности к обучению у мышей, у которых генноинженерными методами определенные гены

270

либо выключены (мыши-нокауты), либо видоизменены (искусствен­ные мутанты). Изучение таких животных методами генетики поведения дает также возможность моделировать целый ряд неврологических и психических заболеваний человека (эпилепсия, алкоголизм, депрессив­ные состояния, болезнь Альцгеймера и др. — Driscoll, 1992).

Крысы (Rattus norvegicus) также достаточно часто используются как объект генетики поведения. Мозг крысы крупнее и более удобен для хирургических манипуляций и электрофизиологических исследований. В то же время разведение крыс в количествах, необходимых для гене­тических исследований, стоит очень дорого. Вследствие этого, а также в связи со значительно большей изученностью генома мыши генети­ческие исследования поведения крыс не очень многочисленны. Тем не менее именно на них были проведены многие классические работы (см.9.5).

9.4. Изменчивость поведения и выявление роли генотипа

Традиционный вопрос, стоящий перед исследователями в облас­ти генетики поведения, — это выяснение роли генетических факто­ров в определении особенностей поведения.

Задачи генетики поведения:

* относительная роль генетических и средовых факторов, а также их взаимодействия при формировании поведения;

* механизмы действия генов, определяющих формирование ЦНС и экспрессирующихся в мозге;

* механизмы реализации действия мутантных генов, затрагиваю­щих функцию ЦНС, которые могут служить моделями заболе­ваний нервной системы человека;

* генетико-популяционные механизмы формирования поведения и его изменений в процессе микроэволюции.

Вторая и третья проблемы нередко выделяются в направление, получившее название нейрогенетики.

Общая задача генетики поведения — это интеграция целостно­го, «организменного» и молекулярно-биологического подходов для создания возможно более полной картины роли генотипа в фор-В мировании мозга, в развитии его отдельных реакций и поведения.

В настоящее время генетические исследования поведения и лежащих в его основе нейрофизиологических процессов проводятся по несколь­ким направлениям. Условно обычно выделяют два основных подхода:

* «от поведения к гену» — это изучение отдельных признаков целостного поведения животного с последующим более деталь­ным анализом феноменологии на уровне отдельных хромосом и генных комплексов или же единичных генов;

271

 •» «от гена к поведению» — это исследование функции гена (как на молекулярном, так и на физиологическом уровне) с после­дующим анализом его влияния на поведение. Современная ген­ная инженерия, стремительно развивающаяся в последние де­сятилетия, существенно продвинула вперед такие методы. Этот подход получил также название «обратной генетики». Методы обратной генетики позволяют прицельно изменять строение гена {gene targeting) или выключать из работы определенные участки генома, т.е. последовательности ДНК, кодирующие те или иные белки. Это могут быть структурные белки, которые определя­ют, например, строение синаптического аппарата нейронов (ви­доизменение или выключение белков-рецепторов нейромеди-аторов), или регуляторные белки, отсутствие которых делает невозможным нормальное функционирование важных для клет­ки процессов (как, например, белок CREB и нарушение фос-форилирования, см. 9.5).

Выбор признаков поведения. Несомненно, что для успеха генети­ческого исследования, например способности животного к обучению, необходимо выбрать такой поведенческий признак, который представ­лял бы собой естественную «единицу» той или иной формы поведения. Как уже упоминалось, в генетических исследованиях поведения наибо­лее часто используют линии лабораторных грызунов — крыс и мышей. Очевидно, что для проведения исследований по генетике поведения мышей и крыс следует быть основательно знакомым с их поведением. Кроме того, важно помнить, что в основе генетического подхода лежит выявление изменчивости (вариативности) признаков.

Суть генетического подхода состоит в оценке размаха изменчиво­сти признака у данного вида, популяции или группы особей и в ана­лизе происхождения этой изменчивости.

В период накопления фактов в генетике поведения внимание ис­следователей привлекали разные признаки, характеризующие пове­дение: предрасположенность к судорогам, общая возбудимость, ло­комоторная активность, ориентировочно-исследовательские реакции, разные аспекты репродуктивного поведения, классические и инстру­ментальные условные реакции, чувствительность к действию фарма­кологических веществ. Опыт, накопленный в первый период развития генетики поведения, можно суммировать следующим образом.

Для исследования роли генотипа в формировании поведения сле­дует выбирать:

• признаки, которые легко поддаются количественному учету (например, четкие видоспецифические движения — чистка шерсти или «стойки» у грызунов);

272

• признаки, которые легко измерить по степени выраженности (например, уровень локомоторной активности, измеряемый по длине пройденного животным пути за фиксированное время опыта).

Многие признаки поведения сильно зависят от ряда внешних по отношению к нервной системе факторов, например от сезона года и/ или от гормонального фона. Это вызывает дополнительные трудности при проведении генетических исследований.

^G     Какую именно генетическую модель необходимо выбрать для j исследования поведения, определяется конкретными целями и g спецификой изучаемого фенотипического признака.

Роль генотипа и среды в формировании поведения. Одним из важ­ных вопросов генетики поведения является разработка теоретической концепции и методических приемов определения относительной роли генотипа и среды в формировании признаков поведения. Этот вопрос неотделим от проблемы формирования поведения в онтогенезе, т.е. проблемы относительной роли «природы» и «воспитания» (nature-nurture).

Накопление информации об особенностях развития поведения животных разных видов, успехи генетики поведения и генетики раз­вития позволили сформулировать ряд общих правил, помогающих определять относительную роль того и другого компонента в форми­ровании конкретного поведенческого акта. Эти правила учитывают особенности поведения данного вида животных, степени жесткости или, наоборот, пластичности основных компонентов его поведения, а также иногда прямую информацию о генетическом контроле его особенностей.

В 1965 г. К. Лоренц достаточно четко сформулировал некоторые общие положения о соотношении врожденных и приобретенных ком­понентов в эволюционных преобразованиях поведения животных. Этому вопросу посвящена актуальная и по сей день его книга «Эволюция и модификация поведения» (Lorenz, 1965).

Лоренц предположил, что совершенствование поведения в эво­люции может идти двумя путями:

» первый из них связан с повышением в репертуаре поведения «удельного веса» специализированных и жестко запрограммиро­ванных реакций типа врожденных завершающих актов (см. 2.11.2). При таком типе организации поведения способность к обуче­нию в определенной степени ограничена, а спектр реакций, которые животное приобретает в результате индивидуального опыта, относительно узок;

* второй путь эволюционного совершенствования поведения — это усиление индивидуальной адаптации за счет расширения диапазона возможностей другой фазы поведенческого акта —

273

18-5198

 поисковой. В этом случае врожденные реакции часто могут ока­заться «замаскированными» различного рода индивидуально приобретенными наслоениями.

По представлениям Лоренца, усиление специализации пове­дения, наличие жестких программ поведения, пусть даже предус­матривающих широкий диапазон реакций, ограничивают возмож­ности отдельных особей в приспособлении к новым условиям. Эво­люция по второму пути создает широкие возможности для EJ индивидуального приспособления к разнообразным ситуациям.

В целом можно сказать, что эволюция поведения беспозвоночных (например, насекомых) шла в основном по пути усложнения и со­вершенствования фиксированных комплексов действий с жесткой внутренней программой, т.е. по первому пути. В то же время эволюция поведения позвоночных шла по пути повышения способности к быс­трым адаптациям — за счет усовершенствования поискового поведе­ния, т.е. за счет расширения возможностей осуществлять поведенческие акты по лабильной индивидуальной программе.

В начале 70-х годов XX в. эти представления развил Э. Майр, изло­жив их в терминах, более близких генетике. Он постулировал суще­ствование двух типов генетических программ — «закрытых» и «от­крытых». На основе молекулярно-генетических данных, накопленных к тому времени, Майр предположил, что онтогенетическая програм­ма последовательной реализации наследственной информации (свя­занной с формированием мозга и поведения) может зависеть от вли­яния внешних условий в разной степени, т.е. она может быть закры­той для их влияний или, наоборот, открытой (подробнее см.: Эрман, Парсонс, 1984).

Как известно, история биологии, и в частности биологии разви­тия, прошла этап бурных дебатов, которые получили название «nature-nurture controversion». Речь шла о приоритете в поведенческих реакциях либо природных задатков организма, либо воспитания («врожденное» и «приобретенное»). В настоящее время этот спор разрешен в рамках достаточно общепризнанной эпигенетической концепции'.

Суть эпигенетической концепции заключается в следующем. Фор­мирование мозга в онтогенезе — нейрогенез — представляет со­бой непрерывный процесс, в ходе которого происходит взаимодей­ствие сигналов, поступающих из внешней среды, и информации, считывающейся с генома.

' В первоначальной форме эта концепция рассматривает роль генотипа и сре-довых влияний в эмбриогенезе, однако в принципе применима и к рассмотрению природы разного типа влияний на формирование признаков поведения взрослого животного.

274

В схематической форме, однако, нельзя обойтись без условного деления процесса развития на стадии. При этом последовательные ста­дии развития можно представить в виде схем, в которые входит ряд компонентов. Успех каждой стадии развития обеспечивается наличи­ем следующих компонентов: фенотипа Р, продуктов экспрессии оп­ределенных генов С и существованием некоторого набора внешних условий Е, которые могут варьировать в определенных пределах:

Р1 + G1 + Е1 -» Р2 + G2 + Е2 -* РЗ и т.д.,

где Р1—фенотип зиготы, Р2— фенотип следующей стадии. При разви­тии нервной системы эта картина усложняется тем, что в категорию «внешних» условий попадают влияния, которые исходят от других кле­точных элементов нервной системы. Общий анализ показывает, что на нейрон действуют продукты экспрессии генов, которые можно условно разделить на 4 категории в зависимости от особенностей их экспрессии:

« экспрессируются в дифференцирующихся нейронах;

* в нейронах иных групп, нежели данная;

* в глиальных клетках;

* гены, обнаруживающие свое влияние на уровне целого орга­низма (например, гены, кодирующие белки—предшественни­ки гормонов).

Одна из важных причин появления разногласий в определении роли врожденного и приобретенного в поведении заключалась в том, что разные исследователи ставили перед собой разные цели. Целью одних работ было изучение внешних, средовых влияний на поведе­ние, целью других — изучение наследственных задатков или нейро-физиологических механизмов реакций организмов. Очевидно, что раз­ные цели исследований определяли и выбор видов животных и раз­ные формы их поведения, а это, естественно, могло вести к появлению достаточно контрастных результатов. Одна из причин таких контрас­тов — разная норма реакции разных признаков поведения.

Согласно современным представлениям, все признаки организ­ма (в том числе и признаки поведения) генетически детерминирова­ны, однако степень их генетической обусловленности признаков (т.е. жесткость соответствующей генетической программы) варьиру­ет в широких пределах. В одних случаях развитие признака полностью контролируется внутренней программой, и воздействия внешних фак­торов в процессе онтогенеза могут изменить его лишь в очень малой степени. В других случаях программа записана только «в общих чер­тах», и формирование признака подвержено разнообразным влияниям.

Степень изменчивости признака в пределах, задаваемых его гене­тической программой, и представляет собой, как уже говорилось выше, норму реакции.

275

 Как и любые другие, все признаки, характеризующие поведение, на­ходятся под влиянием генотипа и среды.

Каждый признак поведения формируется как результат взаимо­действия этих двух источников изменчивости. В соответствии с это-логической схемой акта поведения (см. 2.11.2), можно сказать, что действия, относящиеся к поисковой фазе поведенческого акта, имеют широкую норму реакции, тогда как реакции типа заверша­ющих актов — узкую.

Так, например, осуществляя поиск пищи, животное может обу­читься доставать ее из ранее недоступных ему мест, используя для этого разнообразные движения. Однако умерщвление добычи оно мо­жет осуществить с помощью достаточно жесткой, видоспецифической последовательности действий (фиксированного комплекса действий).

Очевидно, что для четкого описания зависимости данного пове­дения от внешних влияний и/или от врожденных задатков необходи­мо искусственно выращивать животных в условиях, где внешняя сти­муляция строго «дозируется». Такие эксперименты были названы «де-привационными» (от англ. deprive — лишать). Метод изолированного воспитания (депривационный эксперимент) был предложен с целью выяснить, в какой степени поведение животного может сформиро­ваться в отсутствие привычных для данного вида внешних условий. Суть метода заключается в том, что животных выращивают в изоля­ции вплоть до взрослого состояния, когда можно определить, на­сколько спектр их поведения отличается от нормальных особей этого вида. Степень и формы депривации достаточно разнообразны, на­пример изоляция детеныша от матери после, а иногда и до прекра­щения вскармливания (у млекопитающих) или изоляция от сверст­ников и других особей своего вида (например, выращивание певчих птиц в звукоизолирующих камерах, лишение их слуха и т.п.). В неко­торых депривационных экспериментах животным создают так назы­ваемую обедненную среду обитания: их выращивают в очень простых клетках, лишенных большинства внешних стимулов, обычных для животных данного вида. Типичный пример обедненной среды для содержания лабораторных грызунов — обычные клетки; для «обога­щения» среды исследователи помещают туда лесенки, тоннели, пол­ки, предметы для манипулирования и т.д.

^в     Вопрос о роли врожденного и приобретенного в поведении I решается в настоящее время конкретно в каждом случае, приме-в нительно к анализируемой форме поведения и виду животного.

276

9.5. Генетические исследования способности к обучению

Методы анализа. Как известно, классический менделевский генети­ческий анализ рассматривает признаки, которые находятся под влия­нием одного, двух, реже трех генов. Это так называемое моно- или дигенное (т.е. олигогенное) наследование. В подобных случаях получа­ющиеся в результате скрещивания фенотипы (в нашем случае — груп­пы животных, обнаруживающих четкие различия в поведении) раз­деляются на небольшое число дискретных классов. К категории таких «менделирующих» генов (т.е. генов, распределение которых в потом­стве четко соответствует законам Менделя) относятся, например, гены, влияющие на обмен веществ. В очень многих случаях их плейо-тропные эффекты затрагивают поведение.

Как известно, влияние генов на фенотипические признаки может быть и непосредственным, и опосредованным, т.е. достаточно «дале­ким». Например, первичная структура белка есть непосредственное отражение последовательности нуклеотидов в данном гене. Другие признаки, более сильно отдаленные от первичного действия гена, как правило, испытывают влияние других генетических элементов. Рассмотрим случай, когда признак отдален от первичного эффекта гена несколькими «ярусами» биохимических процессов. Эти биохими­ческие процессы, как правило, влияют не только на интересующий нас признак, но и на многие другие. В подобных случаях этот ген может обнаруживать влияние не только на исследуемый признак, но и на другие стороны строения и жизнедеятельности организма. Это яв­ление называется плейотропией. Описано множество генов со слож­ными плейотропными эффектами.

Широко известны многочисленные плейотропные эффекты му­тации альбинизма, обнаруживающиеся не только у лабораторных мышей и крыс, но и многих других видов животных и даже человека. Альбинизм (отсутствие пигментации в обычно окрашенных тканях и органах) связан с дефектом биохимической системы синтеза пигмен­та меланина. Мутация по гену, ответственному за синтез фермента тирозиназы (у мышей — локус С), изучена достаточно подробно. У жи­вотных-альбиносов отсутствие пигмента в сетчатке ослабляет остроту зрения, вызывает нарушения развития зрительной системы — у таких животных происходит полный (а не частичный, как в норме) пере­крест волокон зрительного нерва. В то же время уровень двигательной активности и ряд других особенностей поведения, не связанных со зре­нием, также бывают изменены.

К плейотропным эффектам следует отнести множественные отклонения от нормы в развитии мозга мышей при неврологических мутациях, например при мутации reeler. Мутация влияет на время формирования волокон радиаль­ной глин (направляющих перемещение — миграцию — будущих нейронов). Аномальное время прорастания глиальных волокон сказывается в дальней-

277

 шем на расположении нейронов в мозжечке, новой коре и гиппокампе ц сопровождается многочисленными аномалиями поведения и физиологичес­ких процессов у таких мышей. Типичный плейотропный эффект гена — это последствия мутации, вызывающей у человека фенилкетонурию. Первичная причина этого заболевания — отсутствие или низкая активность фермента фенилаланингидроксилазы, превращающей поступающий с пищей фенила-ланин в тирозин. Если необходимый для развития тирозин возмещать соответ­ствующей диетой, этот дефект не будет иметь последствий для общей жизне­деятельности. Однако при этом в крови таких больных оказывается повышен­ным уровень фенилаланина. В свою очередь продукты обмена этой аминокислоты попадают в разные органы и ткани, в том числе в мозг, и нарушают их разви­тие. Такое вторичное влияние мутантного гена у человека обнаруживается в задержке развития умственных способностей, особенностях темперамента, изменении пигментации волос.

Драматическими примерами сложных плейотропных влияний одиночных генов может служить ряд других мутаций человека. Например, синдром Леш-Нихана связан с дефектом гена, ответственного за синтез гипоксантингуа-нинфосфорибозилтрансферазы. При этой мутации обнаруживаются тяжелые расстройства — от подагры и заболевания почек до аномального поведения. Дети, пораженные этим заболеванием, обладают сниженным интеллектом и склонны к «самоистязанию», повреждая себе (часто необратимо) губы и пальцы. Характерно, что они испытывают при этом страдания, поскольку болевая чувствительность у них не изменена (см.: Эрман, Парсонс, 1984; Фогель, Мотульский, 1990).

В то же время огромное большинство признаков поведения отли­чаются плавной, непрерывной (недискретной) изменчивостью, ко­торая связана с работой значительного числа генов (так называемые континуальные признаки). В таких случаях генетическое исследование начинается с анализа «состава» изменчивости.

Специальные биометрические методы позволяют определить, ка­кая доля общей изменчивости приходится соответственно на генети­ческий и средовой компоненты, а также на эффекты взаимодействия генетических и средовых факторов (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).

Селекция крыс на способность к обучению. Первый успешный экс­перимент по селекции лабораторных крыс на способность к обучению был проведен американским исследователем Р. Трайоном (Тгуоп, 1940). Он проводил селекцию крыс на большую и меньшую успешность обу­чения животных в сложном лабиринте. Для получения каждого следую­щего поколения в скрещивание брали животных, давших самые высо­кие («умная» линия) и самые низкие («глупая» линия) показатели обучаемости. Критерием успешности обучения было число ошибок (за­ходов в тупиковые отсеки лабиринта). Созданные Трайоном линии крыс, действительно различающиеся по способности к ассоциативному обу­чению, продолжают существовать и исследоваться поныне. Это означа­ет, что возникшие в результате селекции различия в поведении со-

278

хранились при последующем разведении этих животных без селекции в течение многих десятилетий (т.е. теперь уже в сотнях поколений).

Эксперимент Трайона показал, что способность к обучению, точ­нее те физиологические и/или морфологические различия в ЦНС крыс, которые обеспечивают высокую или низкую способность к обучению, имеют генетическую основу.

Более подробное исследование поведения и физиологии крыс трай-оновских линий продемонстрировало практически все трудности, под­стерегающие исследователя на этом пути. К числу таких трудностей от­носится проблема выбора признака для анализа. Число ошибочных ре­акций как показатель научения крыс в этом эксперименте нельзя назвать удачным, поскольку на путь животного в лабиринте и на заходы его в тупики, помимо способности к обучению, могут влиять и уровень стра­ха, и тенденция бегать около стенок и т.п. Кроме того, селекция на высокие или низкие величины какого-либо признака поведения мо­жет сопровождаться появлением различий и по другим признакам. Эти «другие» признаки могут быть причинно связанными с исходно выб­ранным для селекции, но могут быть результатом и случайной их ас­социации. Сходные проблемы могут обнаружиться при любом селек­ционном эксперименте, связанном с физиологическими признаками и поведением, и при планировании подобных исследований следует учитывать возможность получения таких результатов.

При отборе животных из небольшой исходной выборки в две «про­тивоположные» группы могут случайно попасть особи, контраст­ные не только по признаку, который был целью селекции, но и по другим, с ним не связанным. Причинную связь таких коррелиро­ванных признаков с поведением, исходно выбранным для селекции на крайние значения, можно выявить в специальных экспериментах.

Для этого существуют два основных приема:

• можно проанализировать, сохраняется ли такая корреляция у гибридов второго (и последующих) поколений между пред­ставителями селектированных линий; если ассоциация сохра­няется достоверно, следовательно, оба признака причинно свя­заны друг с другом, т.е. имеют общие физиологические меха­низмы (или же соответствующие гены расположены на соседних участках хромосомы); если же ассоциация случайна, то у гиб­ридов корреляции признаков не обнаружится;

• можно провести селекционный эксперимент повторно: если у обоих признаков имеется общая физиологическая основа, то у новых селектированных линий корреляция появится снова, и наоборот.

279

 Для крыс трайоновских линий повторного селекционного экспе­римента не проводилось ни автором, ни последующими исследовате­лями, но количество коррелированных признаков, выявленных при подробном сравнении их поведения, оказалось очень велико.

Тестирование трайоновских крыс в лабиринтах других конструкций по­казало, что исходные межлинейные различия сохраняются не всегда. Напри­мер, крысы «умной» линии (ТМВ — Tryon maze bright) обучались существен­но лучше и в исходном 17-тупиковом лабиринте, и в более простом, 14-тупиковом. В то же время при обучении в 16- и 6-тупиковых лабиринтах показатели этой линии были не выше, чем у «тупой» линии (TMD — Tryon maze dull). В дальнейшем было показано, что ТМВ лучше обучались реакции активного избегания в челночной камере, где, спасаясь от удара тока крысы должны были научиться по сигналу переходить из одного отделения камеры в другое (см. гл. 3).

В     Более высокие показатели обучаемости крыс «умной» линии в тестах, где использовали разные типы подкрепления — пищевое (лабиринт) и болевое (челночная камера), — послужили основа­нием для вывода о действительном существовании межлинейных различий в способности к ассоциативному обучению.

Однако на самом деле картина межлинейных различий оказалась более сложной. Так, не в пример обучению реакции избегания тока в челночной камере, в тесте