У четвероногого испытуемого не спросишь, как он себя чувствует. Действие исследуемых факторов оценивают, подвергая животных различным пробам, в том числе на выносливость. Фото: SPL/EAST NEWS
Избранники
Самым, пожалуй, популярным объектом в экспериментальной физиологии того времени были обычные лягушки — травяные и прудовые (вспомним хотя бы пристрастия тургеневского Базарова). Их ценили за поразительную живучесть и неприхотливость: лягушек можно держать в тесных ящиках, ничем не кормя неделями и даже месяцами (заботясь лишь, чтобы кожа амфибий не пересыхала), и им это никак не вредит. Казалось бы, лягушке на роду написано стать одним из главных лабораторных животных.
Но для того чтобы создать в лаборатории культуру (устойчиво воспроизводящуюся популяцию) лягушек, нам понадобятся довольно сложно устроенные террариумы с высокой влажностью воздуха, оборудованные обогревателями, укрытиями, обязательными водоемами и тренажерами. Кормить пленниц придется только живым кормом — они не видят неподвижные объекты. Еще сложнее добиться размножения лягушек: в природе они мечут икру только раз в году, причем этот процесс запускается сложным сочетанием температуры окружающей среды, длины светового дня и физиологических циклов самой лягушки. Икра и появляющиеся из нее личинки-головастики развиваются в воде и довольно чувствительны к содержанию кислорода и температурному режиму. А покинув воду, головастик превращается в крохотного лягушонка весом всего в доли грамма. Для использования в экспериментах это существо нужно растить по крайней мере еще года два.
Понятно, что для массового разведения такие животные не годятся, и их проще по-прежнему ловить в природе и сохранять живыми в холодных садках. Так и делается до сих пор. И хотя у исследователей-физиологов лягушки уже не так популярны, как полтора столетия назад, они по-прежнему остаются самым распространенным объектом студенческих практикумов.
Итак, какими же качествами должны обладать кандидаты в лабораторные животные? Им предстоит жить на очень ограниченной площади. Они должны терпимо относиться к собственным сородичам, размножаться в любые сезоны, не нуждаться в каких-то особых условиях содержания. Ценятся высокая плодовитость и быстрое созревание, а вот крупные размеры животного снижают его шансы попасть в число лабораторных. Немаловажное достоинство — дешевизна в содержании: научным учреждениям денег всегда не хватает, а животных нужно много. Уход за ними должен быть несложным, а сами они должны быть безопасны для работающих с ними людей. Наконец, жизнь в клетках и ящиках должна быть для них не просто терпимой, но вполне комфортной: если подопытные животные проводят свой век в состоянии хронического стресса, то полученным на них экспериментальным данным часто оказывается грош цена.
Удовлетворить всем этим требованиям не смог даже верный спутник человека — собака: она слишком велика, слишком медленно взрослеет, слишком дорого обходится. Зато, как только разведение подопытных животных в лабораториях стало массовым, на первые роли выдвинулись различные грызуны: мыши, крысы, хомячки. Все они прекрасно живут в небольших, замкнутых, лишенных солнечного света пространствах в компании множества сородичей, питаются недорогими сухими кормами, обходятся минимумом воды. Когда-то именно эти особенности биологии позволили им освоить человеческие жилища и хозяйственные постройки. Кроме того, грызуны плодовиты и быстро взрослеют: через 5–7 недель после рождения домовая мышь уже может забеременеть, а еще через 20 дней на свет рождаются 5–7 зверьков следующего поколения.
За когти на пальцах африканская лягушка была названа «шпорцевой». А популярность среди ученых ей принес сугубо водный образ жизни, что позволяет держать ее в аквариумах. Фото: HEIDI&HAUS-JURGEN KOCH/ANIMAL-AFFAIRS/FOTOLINK
Это может происходить 7–10 раз в год, а в лабораторных условиях — и до 14. Немногим уступают мышам и другие фавориты вивариев, например лабораторные разновидности серой крысы. Белые мыши и крысы (для лабораторного разведения чаще всего использовались именно альбиносные формы — отчасти из-за их меньшей пугливости и агрессивности, отчасти, чтобы сразу увидеть проникших в клетку посторонних животных, если такое случится), а также кролики, морские свинки и позднее хомячки стали классическим объектом для исследований по токсикологии, микробиологии, фармакологии и многим другим дисциплинам.
В начале XX столетия новая биологическая наука генетика предъявила дополнительные требования к лабораторным животным: для генетических экспериментов нужны были животные, у которых каждый из исследуемых генов представлен только одной версией (аллелем). Дипломник Гарвардского университета Кларенс Кук Литл, темой исследований которого было наследование окраски у мышей, попытался упорядочить свой «экспериментальный материал». Заметив среди содержавшихся в лаборатории мышей зверьков с необычной светло-коричневой окраской, он начал целенаправленно отбирать их, скрещивая между собой братьев и сестер. Оказалось, что при таком разведении уже через пару десятков поколений животные достигают полного генетического единообразия, которое в естественных условиях наблюдается только у однояйцевых близнецов. Так в 1909 году появилась первая чистая линия лабораторных животных. А спустя 20 лет Литл, для которого разведение линейных животных стало делом жизни, основал в штате Мэн «мышиную фабрику» — знаменитую Джексоновскую лабораторию, ежегодно поставляющую ныне в исследовательские центры мира около 2,5 миллиона линейных мышей. За 100 лет, прошедших с первой работы Литла, в разных лабораториях выведено множество чистых линий животных, отличающихся удивительными наследственными признаками: от «сиамской» окраски до полного бесстрашия, от долгожительства до гарантированного развития эпилептического припадка при звуке звонка. Чистые линии оказались нужны не только генетикам, но и иммунологам: внутри каждой из них можно проводить пересадки органов и тканей, не опасаясь отторжения.
Как раз тогда, когда Кларенс Литл занимался своей дипломной работой, другой американский биолог, профессор экспериментальной зоологии Томас Хант Морган, вознамерился проверить на животных только что переоткрытые законы Менделя. Объектом исследования должны были стать кролики, но попечители Колумбийского университета, где работал Морган, сильно урезали представленную им смету. Моргану пришлось заменить кроликов совсем уж ничего не стоившими плодовыми мушками дрозофилами. Эти насекомые не только позволили ему и его ученикам сделать множество важнейших открытий, но и с легкой руки школы Моргана стали стандартным объектом генетических исследований — благо мушиный «виварий» не требует даже отдельного помещения. И хотя со временем у дрозофилы появились конкуренты, маленькая коричневая мушка и по сей день остается одним из самых популярных лабораторных животных.
Всякой твари по паре
По оценкам специалистов, сегодня в мире насчитывается от 50 до 100 миллионов одних только лабораторных млекопитающих (из них примерно половину составляют мыши). Сколько всего подопытных существ обитает в лабораториях, не скажет никто: ведь в эту категорию входят не только представители разных классов позвоночных, но и насекомые, и моллюски, и черви, и даже инфузории. Никто не берется сказать, сколько видов животных разводят сегодня для нужд науки, хотя ученые отнюдь не стремятся к разнообразию объектов исследования. Скорее наоборот, при прочих равных исследователь наверняка выберет для опытов то животное, с которым уже работали многие его предшественники. Во-первых, массовые животные всегда более доступны, их нетрудно приобрести. Во-вторых, о них уже многое известно: от особенностей содержания до карт расположения известных генов в хромосомах, а в последние десятилетия — и полной последовательности генома (геномы мыши и дрозофилы были «прочитаны» одними из первых). А самое главное — результаты, полученные на стандартных объектах, легче сопоставлять с данными других исследований. Существует даже что-то вроде моды на тех или иных лабораторных животных. Так, например, в XIX — первой половине XX века морские свинки были настолько популярны в лабораториях всего мира, что само название этого грызуна приобрело переносное значение «подопытное животное». В последние полвека популярность морских свинок у исследователей заметно снизилась, а выражение осталось.