И тем не менее «элитарный клуб» лабораторных животных понемногу расширяется. Сегодня в лабораториях и вивариях выращивают самых разных животных — в соответствии с разнообразием исследовательских задач.
Куколка медоносной пчелы, выращенная в пробирке «Эппендорф» (емкости для центрифугирования). Пчелы тоже попали в число лабораторных животных — на них исследуют, в частности, физиологию памяти и механизмы обоняния. Фото: HEIDI&HAUS-JURGEN KOCH/ANIMAL-AFFAIRS/FOTOLINK
Мы уже говорили, что подопытных лягушек легче наловить в природе, чем вырастить в виварии. Но таким образом проблема подопытных животных решается лишь для физиологов, которым нужны только взрослые особи. А как быть эмбриологу, желающему проследить развитие организма на всех стадиях? Крупные, прозрачные, покрытые лишь тонкой оболочкой лягушачьи икринки настолько удобны для разного рода экспериментальных вмешательств, что лягушки все-таки стали массовым лабораторным животным. Правда, эта роль выпала не нашей квакушке, а африканской шпорцевой лягушке Xenopus laevis, проводящей всю жизнь в воде и потому более удобной в содержании.
Почти столь же популярны в лабораториях эмбриологов аксолотли — огромные «головастики» тигровой амбистомы, земноводного, живущего на территории от Мексики до Канады. Они знамениты тем, что могут всю свою жизнь оставаться личинками и даже размножаться в этом состоянии, но при определенных изменениях внешних условий превращаются во взрослых саламандр. Понятно, что для этого в их организме должен существовать некий переключатель, выбирающий один из двух альтернативных жизненных сценариев. Это делает аксолотля идеальной моделью для изучения работы подобных регулирующих механизмов.
Аксолотли и тритоны в большой чести еще и у тех ученых, которые исследуют механизмы регенерации. Из всех животных с высокой способностью к восстановлению разрушенных частей организма амфибии — самая близкая наша родня. Можно надеяться, что, изучив в должной мере механизм регенерации у них, мы вернем и себе потерянную в ходе эволюции способность отращивать отсеченные конечности. Во всяком случае, в 2006 году американские и испанские биологи, используя результаты, полученные на аксолотлях, шпорцевых лягушках и рыбках данио, добились регенерации удаленного зачатка крыла у куриных эмбрионов. Во многих лабораториях мира, изучающих нервные клетки (нейроны) и их взаимодействие, можно увидеть террариумы с виноградными улитками. Нервная система этого крупного сухопутного моллюска состоит из относительно небольшого (60 000–80 000) числа довольно крупных нейронов. При этом улитки обладают довольно сложным поведением, включая способность к обучению. Это дает исследователям возможность проследить изменения, происходящие в конкретных индивидуальных клетках при выработке нового навыка.
Впрочем, число нейронов у виноградной улитки все-таки астрономически велико по сравнению с нематодой Caenorhabditis elegans — маленьким (длиной около одного миллиметра) прозрачным червем. Его нервная система состоит ровно из 302 клеток. Но своей популярностью в качестве объекта исследований это животное обязано не столько нейробиологам (хотя и им оно послужило немало), сколько специалистам по биологии развития и старения. Прозрачное тело нематоды позволяет наблюдать деление, миграцию и созревание каждой входящей в его состав клетки в режиме реального времени — тем более, что вся жизнь червя, от первого деления оплодотворенной яйцеклетки до смерти от старости, занимает около трех суток. Неудивительно, что если всего 40 лет назад название Caenorhabditis elegans было известно лишь специалистам по круглым червям, то сегодня это одно из самых изученных животных планеты. Популяции нематоды поддерживаются во многих лабораториях мира и уже неоднократно побывали в космосе.
Пределы возможного
Насекомых, моллюсков, червей и так далее разводят только для фундаментальных исследований. Больше же всего лабораторных животных требуется для прикладных медицинских работ: на них тестируют косметику, пищевые добавки, материалы, контактирующие с продуктами или человеческим телом, яды и потенциально токсичные вещества. И, конечно же, лекарства, точнее, соединения, которые могут ими стать. Эти эксперименты проводятся почти исключительно на млекопитающих: физиология используемых в них животных должна быть как можно ближе к человеческой. Но и «классового родства» порой оказывается недостаточно. К примеру, мыши и крысы оказались непригодны для исследования цинги: их организм, в отличие от человеческого, преспокойно обходится без внешних источников витамина С, самостоятельно синтезируя его. К счастью для ученых, способность к такому синтезу отсутствует у морских свинок — иначе цингу пришлось бы изучать на обезьянах.
Самое традиционное применение лабораторных животных — изучение инфекционных болезней человека. Однако и в этой области никогда нельзя сказать заранее: окажется ли данный вид животных восприимчив к данному возбудителю, а если да, то насколько клиническая картина болезни будет походить на человеческую? Один из основателей микробиологии, Роберт Кох, долгое время не мог доказать, что выделенный им вибрион и есть возбудитель холеры: все его попытки заразить этим микробом животных ни к чему не приводили. С тех пор прошло почти полтора века, но лабораторных животных, пригодных для заражения холерой, нет и по сей день. Мыши и крысы оказались невосприимчивыми к сифилису; ценой специальных ухищрений этой болезнью удавалось заразить морских свинок и кроликов, но у них она протекала совсем не так, как у людей. А изучать проказу медикам пришлось на совсем уж экзотических существах — броненосцах: из немногих животных, способных заражаться этой болезнью, они оказались наиболее удобными.
Целый ряд вирусных болезней человека (полиомиелит, корь и т. д.) пришлось исследовать на дорогих и капризных в содержании обезьянах: в тканях других животных вирусы не размножались. А лабораторной модели СПИДа нет вовсе: его возбудитель, ВИЧ, обнаруживает очень близкое родство с некоторыми вирусами обезьян, но последние не вызывают у своих хозяев никакого иммунодефицита (подробнее см. «Вокруг света» № 6, 2007). Правда, когда речь идет о вирусных болезнях, подопытных животных отчасти могут заменить культуры человеческих клеток соответствующего типа. Но лишь отчасти: взаимодействие вируса и клетки в целостном организме обычно сильно отличается от результатов их встречи «один на один».
Девятипоясный броненосец — крупное млекопитающее, малоподходящее для содержания в вивариях. Однако в животном мире не нашлось более удобной модели для изучения проказы. Фото: HEIDI&HAUS-JURGEN KOCH/ANIMAL-AFFAIRS/FOTOLINK
Пытаясь заразить подопытных животных той или иной человеческой инфекцией, ученые, по крайней мере, точно знают, с чем имеют дело. А как быть с неинфекционными болезнями? Даже если у подопытного животного наблюдаются характерные симптомы того или иного человеческого недуга, это еще не означает, что их причины и механизмы одни и те же. До сих пор широко распространено мнение, что атеросклероз у человека вызывается избытком холестерина в пище, хотя ученым уже некоторое время известно, что это не так. Таков результат неверного выбора объекта: опыты, послужившие основанием для этой (так называемой инфильтративной) теории, проводились на кроликах, которым принудительно скармливали животные жиры. Кролики — вегетарианцы, их обычная пища не содержит холестерина вовсе, и у них просто нет биохимических механизмов для утилизации этого вещества в кровяном русле. В результате избыток невыводимого соединения оседал на стенках сосудов. Для человека же естественно получать холестерин с пищей (20–35% необходимого количества), и причины образования у него бляшек совсем другие.