Краткая историческая справка

Лаборатория физиологии низших животных (ныне лаборатория сравнительной генетики поведения) была создана в 1950 г. под руководством проф. М. Е. Лобашева. Вместе с ним у ее истоков стояли А. К. Воскресенская, Н. Г. Лопатина, И А. Никитина, В. Б. Савватеев и В. В. Пономаренко. В исследованиях лаборатории была установлена важная роль индивидуального опыта в поведении таких насекомых, как шелкопряд и медоносная пчела. Выявление у пчел условных рефлексов второго порядка, всех видов тормозных условных рефлексов и высокого уровня интегративной деятельности позволило сформулировать положение о параллелизме развития функций нервной системы у животных разных филогенетических рядов - первично- и вторичноротых. Впервые было экспериментально показано, что освоение пчелами местности происходит на основе системы условных рефлексов, выработанных на зрительные ориентиры, а в распространении индивидуального опыта между членами семьи важная роль принадлежит процессу обучения. Было введено новое представление о "сигнальной наследственности", означающее преемственность индивидуально приобретенного опыта между членами стаи, стада, семьи.

Исследовалась роль условных рефлексов в процессе адаптации организма к действию факторов внешней среды. Была показана возможность ускорения адаптации и направленного формирования определённых функций в результате образования временной связи между действием внешнего фактора и биологически важной врожденной деятельностью животного. Так, у кур сочетание кормления с сумеречным освещением (с раннего онтогенеза) ускоряло формирование ритмов суточной жизнедеятельности и полового созревания.

Исследования по генетике условных рефлексов начались в лаборатории с 1954 г. При этом к генетическому анализу ВНД был подключен анализ врожденных особенностей нервной системы и поведения, а для исключения влияния материнского организма и выявления роли ядерных и цитоплазматических факторов использовали те виды животных, у которых отсутствует непосредственный контакт матери с потомством. В исследованиях, выполненных на курах, осетровых рыбах и пчелах, было показано: 1) дивергенция пород и видов животных по врожденным особенностям поведения приводит к различиям в проявлении условнорефлекторной деятельности; 2) наследственная детерминация уровня функциональной активности нервной системы проявляется в генетически обусловленных корреляциях ряда особенностей обучения, врожденного поведения, сложных форм общественного сигнального поведения и таких нейрофизиологических признаков, как возбудимость нервно-мышечного аппарата, скорость наркотизации и др.; 3) наследование этих скоррелированных признаков часто осуществляется по материнской линии (феномен матроклинии), что, ввиду отсутствия контакта матери с потомством, отражает роль цитоплазмы яйцеклетки в детерминации важнейших особенностей функционирования нервной системы и поведения.

С 1965 г. под руководством ученицы М. Е. Лобашева В. В. Пономаренко лаборатория концентрирует усилия на изучении сравнительной генетики поведения, т.е. на выяснении общих черт и отличий в наследственной обусловленности поведения у животных разных филогенетических уровней. Это изменение тематики нашло отражение в современном названии лаборатории. В. В. Пономаренко одна из первых предложила изучать поведенческие и нейрологические эффекты мутаций отдельных генов, что потом на долгие годы стало методологической основой генетики поведения, известной как программа "от гена к поведению". При этом предлагалось сравнивать действие мутаций гомологичных (сходных) генов у разных объектов.

На первом этапе для исследования были выбраны уже известные, биохимически охарактеризованные, мутанты пчелы и дрозофилы, у которых блокированы последовательные этапы кинуренинового пути обмена триптофана. Было изучено действие гомологичных мутаций на двигательную активность дрозофилы, ритм танца медоносной пчелы, возбудимость их нервно-мышечного аппарата, биоэлектрическую активность, способность к выработке и сохранению условных рефлексов, выраженность реакций на стрессорные воздействия. Была показана возможность использования мутантов кинуренинового пути в качестве моделей для изучения механизмов формирования ряда нервно-психических заболеваний у человека. Эти исследования привели к обнаружению ранее не известных нейрологических эффектов кинуренинов у насекомых и проинициировали поиск аналогичных эффектов у млекопитающих. Сейчас изучение роли кинуренинов в функциях нервной системы млекопитающих и человека - бурно развивающиеся ветви нейрохимии и нейропсихофармакологии.

Следующим этапом в изучении роли отдельных генов в механизмах поведения стало получение индуцированных химическим мутагеном - этилметансульфонатом - мутаций в Х-хромосоме дрозофилы с отклонениями в метаболизме циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Из этой серии наиболее известен температуро-чувствительный мутант agnostic, проявляющий неспособность к обучению при повышенной температуре. Молекулярно-генетический анализ гена agnostic ведется в лаборатории нейрогенетики ИФ РАН.

Не менее перспективным оказалось другое направление исследований, связанное с развитием В. В. Пономаренко предложенной М.Е. Лобашевым гипотезы системной регуляции генетических и цитогенетических процессов. В исследованиях лаборатории было установлено, что линии дрозофилы с более высоким уровнем двигательной активности обладают более высокой частотой генных рекомбинаций. Совпадали и суточные ритмы выраженности этих процессов, что свидетельствовало об общности физиологических механизмов их регуляции. Это привело В. В. Пономаренко к предположению, что генетические процессы внутри клетки подвержены регуляции со стороны нейрогормональной системы. Согласно ее представлениям, функционирование генов важно не только для развития, но и для обслуживания текущих нужд взрослого организма. Деятельность нервной системы регулирует активность генов в разных тканях, влияя таким образом на протекание физиологических процессов в клетках и приспосабливая организм к изменяющимся условиям внешней среды. Активность генов в самих нервных клетках также подвержена нейрогормональной регуляции, что обеспечивает пластичность нейрональной активности и поведения. Сейчас эту гипотезу можно считать полностью доказанной, так как теперь известно, что процесс формирования следа долговременной памяти сопровождается несколькими волнами активации генов в ЦНС.

Под руководством В. В. Пономаренко был продолжен анализ закономерностей и адаптивной значимости наследования по материнской линии физиологических и поведенческих признаков у осетровых. При этом было установлено, что наиболее ярко матроклиния проявляется в раннем онтогенезе для физиологических и поведенческих реакций на воздействия среды, неблагоприятных для материнского вида. Она может наблюдаться на фоне разного характера наследования признака - доминирования, неполного доминирования, гетерозиса. Степень ее проявления (от полного совпадения признака с таковым материнского вида до лишь некоторых уклонений в его сторону) зависит от биологической значимости фактора среды и силы его воздействия. Наиболее длительное проявление матроклинии в онтогенезе наблюдается для признаков, характеризующих функциональную активность нервной системы и особенности обучения. Использование в ходе изучения феномена матроклинии одного из гибридов осетровых -белуги и шипа, отличающегося сочетанием таких ценных признаков, как быстрый рост, способность развиваться в пресной воде, высокая устойчивость к заболеваниям - позволило рекомендовать его для промышленного выращивания.

С 2000 г. лабораторию возглавляет ученик В. В. Пономаренко д.б.н. Н. Г. Камышев. Начиная с 1990 г. под его руководством проводились исследования естественных форм обучения у дрозофилы. Были выявлены ранее не известные формы взаимообучения особей, самопроизвольно происходящего в групповой ситуации. Была предложена и экспериментально обоснована физиологическая модель выработки условнорефлекторного подавления ухаживания у самцов.

С целью выявления новых молекулярных компонентов, участвующих в механизмах формирования, хранения и воспроизведения следа памяти, были предприняты две попытки получения новых мутантов, проявляющих неспособность к обучению или дефекты памяти. Мутантов по этим признакам выделяли, непосредственно тестируя их поведение, среди коллекции мутантных линий, созданных в результате внедрения одного из мобильных генетических элементов - P-элемента - во 2-ю или 3-ю хромосомы.

В настоящее время в лаборатории исследуются четыре новых аутосомных Р-инсерционных мутанта дрозофилы, проявляющих дефекты памяти после выработки условнорефлекторного подавления ухаживания. Один из них изучен более подробно. Мухи этой линии обнаруживают дефекты памяти по крайней мере в трех различных формах обучения. У них нарушен механизм формирования или хранения памятного следа при обучении как на зрительные, так и химические стимулы. Предполагаемый ген, мутация в котором произошла в результате внедрения Р-элемента в район 49BC 2-ой хромосомы, был назван nemy (no extended memory), а его первый мутантный аллель - nemyP153. Молекулярно-генетическими методами было установлено, что у мух этой линии: (1) инсерция Р-вектора произошла в промежуток между двумя предсказанными методами биоинформатики генами - CG8772 (кодирует белок, гомологичный глутаминазе млекопитающих) и CG8776 (кодирует оксигеназу моноокиси углерода, она же цитохром b561); (2) снижена экспрессия гена CG8772; (3) сайт инсерции Р-вектора расположен в 3'-направлении на расстоянии 402 п.н. от сигнальной последовательности для полиаденилирования мРНК гена CG8772. Это соответствует предположению о том, что мутация затрагивает экспрессию глутаминазного гена путем изменения функции его энхансера.

Одновременно выделенные мутанты используются для анализа физиологических механизмов условнорефлекторного подавления ухаживания. С их помощью впервые доказано участие зрительных стимулов в качестве условных и безусловных в этой сложной мультимодальной форме обучения.

Под руководством проф. Н.Г. Лопатиной (лаборатория генетики ВНД ИФ РАН) продолжаются совместные исследования на мутантах кинуренинового пути обмена триптофана медоносной пчелы, которые приобрели новую направленность. Изучается роль ионотропных и метаботропных рецепторов L-глутамата как возможных посредников во влиянии кинуренинов на постсинаптическую пластичность и ассоциативное обучение.

Новое направление в исследования лаборатории привнес д.б.н. Д. А. Жуков, изучающий физиологические и нейрохимические механизмы протекания стресса у крыс с генетически детерминированными различиями в стиле приспособления.

В разное время свой вклад в исследования лаборатории внесли: М. Е. Лобашев, А. К. Воскресенская, Н. Г. Лопатина, И. А. Никитина, В. Б. Савватеев, В. В. Пономаренко, Г. Д. Головачев, Д. Евгенов, Е. Г. Чеснокова, М. С. Рагим-Заде, Р. Ю. Касимов, В. Г. Маршин, Г. П. Смирнова, Т. Н. Андреева, Г. О. Иванова, Н. Г. Камышев, В. Б. Смирнов, А. И. Переслени, А. В. Медведева, В. И. Крючков, О. Е. Никифоров, И. В. Парафенюк, Е. А. Камышева, К. Г. Илиади, Ю. В. Брагина, Д. А. Жуков, Н. Г. Молотова, С. А. Зимина.

Страница лаборатории Страница института