Приручення сірого щура

Навчання 26 серпня 2022 Перегляди: 164

Сірий щур, або пасюк. Тут і далі фото М. Ю. Коношенко

У сірого щура, або пасюка (Rattus norvegicus), репутація небезпечного, неприємного і вельми агресивного створення, всюди супутнього людині і постійно досаджуючого йому. З іншого боку, саме сірі щури — родоначальники численних порід і ліній лабораторних або одомашнених щурів. Вони стали поряд з лабораторними мишами популярними об’єктами найрізноманітніших наукових досліджень, а також розводяться в якості домашніх вихованців. Це свідчить про надзвичайну пластичність поведінки виду R. norvegicus, його здатність до істотних змін під впливом природного і штучного відбору і до порівняно швидкого одомашнення. Таким чином, сіра щур вважається одним з найбільш відповідних видів для вивчення генетико-фізіологічних механізмів процесу доместфікації [1].

Експерименти з селекції сірих щурів почалися в 1970-1971 рр. під керівництвом П. М. Бородіна в лабораторії еволюційної генетики нашого інституту. Диких пасюків ловили в різних районах Новосибірської обл., і до кінця 1971 р. зібралося 233 особини (117 самок і 116 самців). Серед них були не тільки відловлені в природі, але й народжені у віварії самками, яких зловили вагітними. Ці тварини стали засновниками трьох популяцій щурів.

Ріс. 1. Оцінка поведінки сірих щурів трьох популяцій у тесті «на рукавичку». Ліві стовпчики в кожній парі — самці, праві — самки

У групи для селекції в двох напрямках відібрали 160 пасюків (по 80 самок і самців) після оцінки їхньої поведінки — оборонної реакції на людину в тесті «на рукавичку» за бальною шкалою (від − 4 до 4), в основу якої лягли ті самі критерії, що під час відбору сріблясто-чорних лисиць в експерименті Д. К. Бєляєва [2]. Щури з найменшим проявом агресивно-боягузливих реакцій склали вихідне покоління для селекції на доместикацію, а тварини з вираженою оборонною реакцією — для відбору в протилежному напрямку (на підтримку і посилення агресивності по відношенню до людини). В результаті після декількох поколінь селекції були отримані дві групи сірих щурів: ручні, які не бояться людини і більш толерантно, ніж лабораторні, відносяться до взяття їх в руки, і агресивні, для яких характерні вороже ставлення до людини і високий рівень внутрішньовидової агресії самців (рис. 1). Решта щурів (36 самців і 37 самок) стали засновниками контрольної популяції, в якій відбір з поведінки не проводився.

Важливо відзначити, що при формуванні вихідних поколінь цих популяцій враховувалася не тільки поведінка, а й походження тварин. Щурів, відловлених в одному і тому ж районі, як і однопометників, народжених самками, яких зловили вагітними, по можливості розподіляли по всіх трьох групах, щоб з самого початку розведення мінімізувати ймовірність близькоспоріднених спаровувань. Популяція, яка розлучалася без відбору за поведінкою, підтримувалася тільки до 1989 р. [2].

З 1990 по 2012 р. селекцію продовжувала вести І. Ф. Плюсніна. До теперішнього часу отримано вже 88 поколінь відбору в обох напрямках, дані популяції розводяться методом нерідних схрещувань. Поведінка щурів ручної лінії характеризується повною відсутністю агресивності по відношенню до людини і толерантністю при взятті в руки, у щурів агресивної лінії в тесті «на рукавичку» відзначається агресія в 100% випадків, причому середній бал агресивності близький до максимального [3].

Сірий ручний щур (ліворуч), толерантний до людини, і агресивні самці в тесті з вивчення внутрішньовидової агресії

Варіації забарвлення

Дикий тип забарвлення R. norvegicus — агуті (agouti) з освітленим черевцем: волосся має сірі основи і жовтуваті кінчики, на животі шерсть світла. Один з перших наслідків доместфікації — поява в вовняному покриві білої плямистості (пегості) і виникнення нових забарвних мутацій. Пегість у щурів утворюється в результаті мутацій, які порушують нормальну пігментацію. Серед наслідків штучного відбору на доместикаційну поведінку відзначено також освітлення тону основного забарвлення волосся. У гризунів за ослаблення основного забарвлення відповідають гени agouti і extinction, оскільки вони визначають кількість і розподіл пігментів (еумеланіну і феомеланіну) у волоссі.

Відбір диких сірих щурів з поведінки призвів до зміни в селекціонованих популяціях частоти народжуваності мутантних за фарбуванням особин. При відборі на ослаблення агресивно-боягузливих реакцій на людину (на «ручну» поведінку, або на доместикацію) зросла частота появи щурят з білою плямистістю на черевному боці (пегістю). Біла плямистість у пасюків обумовлюється алелями локусу hooded (капюшоном). Назва цього головного локусу, детермінуючого білу плямистість у щурів, походить від характеристики експресії найбільш часто зустрічається мутантного алеля. Голова щурів повністю пофарбована, а на тулубі і животі шерсть біла, за винятком смужки на спині, що досягає хвоста (на якому, однак, вона може місцями перериватися або повністю обриватися). Таким чином, хвіст може бути не пофарбований або пофарбований цілком, а може бути і плямистим. Необхідно відзначити, що з самого початку з ряду причин суворий облік появи щурят з вентральною пегістю проводився тільки з 30-го покоління відбору.

Але найсуттєвіша відмінність ефектів селекції в двох напрямках полягає в тому, що при відборі на агресивність при схрещуванні стандартних за фенотипом сірих щурів регулярно з’являються гомозіготи по рецесивній мутації nonagouti, які зовсім не реєструвалися в популяції ручних пасюків. Мутація non-agouti призводить до того, що хутро стає повністю чорним через втрату здатності до утворення у волоссі жовтого пігменту. В агресивній же популяції перші чорні щурячі були нащадками 25-го покоління відбору, вони також зареєстровані в 28-му. Починаючи з 30-го покоління чорні нащадки з’являються регулярно [2].

Морфометричний аналіз параметрів волосся, що впливають на інтенсивність забарвлення вовни, показав, що в популяції диких щурів агуті існує поліморфізм за основним забарвленням вовни, тобто є як світло-сірі особини, так і темно-сірі агуті. Серед агресивних тварин переважають темноокрашені, а серед ручних — світлі. Зв’язок ефектів відбору поведінки з модифікаціями забарвлення вовни, ймовірно, обумовлений змінами нейрогормональних механізмів регуляції цих процесів [4].

Поведінка сірих щурів

Тривожність чи страх? Вивчення поведінки ручних і агресивних щурів було проведено на різних експериментальних моделях, з використанням різних поведінкових тестів, таких як реакція на нове оточення, дослідницька активність і реакції страху або тривожності. Були використані тести «відкритого поля» (open-field), «піднесений хрестоподібний лабіринт» (elevated plus maze), «світло-темна камера» (light-dark box), «реакція здригання» (startle response), а також тест на неофобію — поведінка, при якій тварини уникають нових предметів.

Дослідницька активність у щурів проявляється в огляді нового середовища, обнюхуванні, вертикальній руховій активності (rearing), загляданні в різні отвори, переміщенні доступних об’єктів. Тривожність виражається в завмиранні, пошуку притулку, панічній втечі, дефекації. Варто зазначити, що традиційні підходи до оцінки тривожності у тварин у стандартних тестах часто не враховують тип стратегії поведінки в незнайомій ситуації, що ускладнює інтерпретацію отриманих даних.

Численні дослідження, проведені на сірих щурах, показали, що селекція на елімінацію і посилення агресивності по відношенню до людини не тільки торкнулася ознаки, за якою вівся відбір, але і змінила поведінку щурів у відповідь на різні типи стресорів. За допомогою різних тестів для вивчення тривожності було показано, що селекція на відсутність агресивності по відношенню до людини призвела до значного ослаблення тривожності та посилення дослідницької поведінки [5-7]. З використанням щурів четвертого і наступних поколінь селекції було продемонстровано, що доместифіковані щури характеризуються відсутністю неофобії [8].

Достовірні відмінності в оцінці тривожності між ручною та агресивною лініями були виявлені тільки в тесті «світло-темна камера». Під тривожністю етологи розуміють захисну відповідь організму на потенційну присутність загрози (на відміну від страху, викликаного реальним загрозливим стимулом). Світло-темна камера складається з двох частин: темна частина — з вініпласту, світла — з прозорого оргстекла. Для можливості переходу зі світлої частини в темну є отвір діаметром 7 см на висоті 5 см від підлоги. Тварину поміщали у світлу частину камери носом до отвору. Світлу частину додатково освітлювала лампа в 200 Вт. Більш тривожні тварини воліють перебувати в темному відсіку (рис. 2).

Рис, 2. Поведінка сірих щурів у тесті «світло-темна камера». Ручні щури (сині стовпчики) рідше, ніж агресивні (червоні), заходять у темний відсік і менше часу там проводять

Майданчик відкритого поля являє собою круглу білу арену діаметром 1 м, рівномірно освітлену і обгороджену непрозорою стінкою висотою 45 см. Кожен щур переноситься з домашньої клітини на майданчик відкритого поля в переносному пеналі, який ставиться в центр арени. Щура висаджують на майданчик, прибираючи висувну підлогу пенала. Тривалість тесту 5 хв. У цьому тесті ручні щури відрізняються від агресивних зниженою емоційністю (вегетативна реакція дефекації) і переважанням дослідницької поведінки над реакціями уникнення і завмирання [6, 9]. Агресивні особини перевершували ручних за кількістю перетинаних ними відсіків при локомоції. Посилена рухова активність агресивних щурів розглядається як прояв паніки, викликаної страхом.

Для дослідження рівня переляку визначали вираженість рефлексу здригання (startle-реакції), викликаного акустичним сигналом. Через 3 хв після приміщення щура в апарат подавалося чотири акустичних сигнали з інтервалом 30 с. Ручні щури характеризуються втричі меншою амплітудою рефлекторної реакції здригання, ніж агресивні, і більшою швидкістю згасання цього рефлексу, а отже меншою вираженістю емоційного стану страху (рис. 3) [10].

Рис, 3. Експресія startle-реакції ручних (синій колір) і агресивних (червоний) щурів [10]. Ліворуч — усереднені значення, праворуч — динаміка при повторних тестуваннях

Особливий інтерес становлять зрушення в термінах формування поведінки у ручних і агресивних щурів. У дикій популяції відкриття зовнішніх слухових проходів і очей у щурят відзначається на 13-15-й день після народження. Але в процесі відбору на доместикаційну поведінку тварин багато фізіологічних і морфологічних параметрів зрушені в розвитку. Так, у ручних і агресивних щурять очі і вуха відкриваються до 18-денного віку, коли відбувається становлення оторної активності, що дозволяє адекватно реагувати на навколишнє середовище.

Рис, 4. Рівень дослідницьких реакцій у ручних та агресивних щурів у різному віці [7]

Вивчення дослідницької поведінки проводилося у щурят у віці 18, 21, 28 і 45 сут. Щуряча до місячного віку поміщалися в спеціальні клітини з непрозорого матеріалу з двома рядами отворів у кришці (по три отвори в кожному ряду). Тестування 45-денних щурят проводили в аналогічних клітинах, але більшого розміру. Рівень дослідницької активності оцінювався за кількістю обстежень отворів (висовувань носа) в тесті (holeboard test). У віці 28 і 45 днів число обстежених отворів у тесті на дослідницьку активність у ручних щурів різко зростає порівняно з більш раннім віком (рис. 4). У агресивних же спостерігається лише невелике посилення цієї активності в 28-денному віці [9].

Здатність до навчання. Тварини, потрапляючи в неволю, стають менш залежні від хижаків, від наявності води та їжі, від клімату і т. д., що в кінцевому рахунку різко збіднює їх середнє оточення і знижує адаптивні можливості. Неволя — джерело безлічі стресових умов: ослаблення фізичного навантаження, необхідності чинити опір новим інфекціям, депривації природних релізинг-стимулів, змін у їжі та джерелах води, нудності або, навпаки, ізоляції тощо [11-13].

Безсумнівно, важливу роль при успішній доместфікації більшості видів тварин відіграє досвід, набутий в ході навчання. Можна очікувати, що в процесі одомашнення їх здатність до навчання буде підвищуватися. Це може сприяти і підвищенню ролі пошукової фази поведінкового акту, яка має велику незалежність від завершальної стадії [14]. Однак екологічна ситуація, що складається в кожен конкретний момент для тварин природних популяцій, складніша і різноманітніша, ніж стандартні умови неволі. Невипадково тому здатність до вирішення завдання на екстраполяцію у деяких видів доместикованих і лабораторних тварин нижча, ніж у представників тих самих видів, що мешкають у природі. Що ж стосується здатності до навчання, то дані порівняльного аналізу більш ніж мізерні. Є лише невелика кількість таких досліджень: лабораторні щури виявилися більш здатними до вирішення завдань, ніж дикі, у яких відзначалися стереотипні рухові реакції і різко виражена неофобія [15-17].

Немає сумнівів у тому, що на перших етапах одомашнення людина і антропогенне середовище були для тварин стрессуючими факторами, і відбір на доместикацію по суті своєму був відбором на ослаблення емоційних реакцій страху і агресії на ці фактори. Тому логічно припустити, що здатність до навчання, що тестується в стресових ситуаціях, буде вищою у домашніх тварин, ніж у вихідного дикого типу.

На щурах 64-го покоління відбору проводилося дослідження, в якому аналізувалася здатність до навчання у водному тесті Морріса: тварина навчається знаходити приховану під водою платформу. Сам апарат являє собою круглий плавальний басейн діаметром 150 см, наповнений водою (забіленою молоком) до висоти 37 см. Умовно басейн був розділений на чотири рівних сектора. Невидима платформа (висотою 34 см і 10 см в діаметрі) встановлювалася в центрі одного з секторів. Зверху на платформу прикріплювалася металева сітка, на якій тварина перебувала, коли добиралася до неї. На найближчих до басейну стінах були розвішані картинки, які, також як і обладнання, що знаходяться в кімнаті, могли служити просторовими орієнтирами.

Навчання кожної тварини складалося з чотирьох спроб щодня протягом семи днів. Для цього тварину опускали у воду послідовно з чотирьох рівновіддалених точок, змінюючи місце старту (перше приміщення в басейн) у випадковому порядку, і зберігали послідовність приміщення в басейн для всіх тварин. Щура дозволялося плавати протягом 70 с. Незалежно від того, чи знайшла тварина платформу сама або її туди направили, вона знаходилася на платформі 20 с. Потім тварину виймали з басейну, обсушували і поміщали в переносну клітку, а через 10-12 хв повторювали процедуру навчання. На восьмий день проводили тестування міцності сліду просторової пам’яті за відсутності платформи.

За допомогою даного тесту показано, що ручні та агресивні щури здатні до просторового навчання. Ручні самці успішніше агресивних справляються з пошуком прихованої під водою платформи, і вже з другого дня навчання їх плавання починає набувати цілеспрямований характер, в той час як у агресивних тварин це спостерігається на п’ятий день навчання (рис. 5). Ймовірно, в процесі навчання у водному тесті Морріса, процедура якого, безсумнівно, носить аверсивний характер, агресивні тварини відчувають більш сильний переляк. В результаті агресивні щури, особливо на початкових етапах навчання, суттєво перевершують ручних за часом плавання на периферії басейну, що, мабуть, ускладнює у них процес формування просторового уявлення (про розташування платформи). Підтвердження того, що ручні щури відчувають менший страх, ніж агресивні, отримані при вивченні дослідницької активності тварин. Ручні щури, діставшись до платформи, приймають вертикальні пози, активно досліджуючи навколишнє середовище, що практично не спостерігається у агресивних тварин, які сидять, притискаючись до платформи. Проте всі щури запам’ятали положення платформи: результати тесту на міцність сліду пам’яті після закінчення навчання, коли платформа була прибрана з басейну, показали, що тварини обох ліній достовірно більше часу плавали в тому секторі, де вона раніше перебувала. Однак у агресивних щурів цей час був достовірно меншим, ніж у ручних, — можливо, через їх підвищену реакцію на зміну ситуації. Не можна виключити і того, що ручні щури завдяки їх більш успішному навчанню, ніж у агресивних, краще запам’ятали положення платформи.

Рис, 5. Сірий щур при проведенні водного тесту Морріса (фото автора). Праворуч — час пошуку платформи ручними і агресивними щурами в цьому тесті

Таким чином, відбір на доместикацію істотно підвищив дослідницьку мотивацію і знизив реакцію страху в незнайомій обстановці, забезпечивши більш високу толерантність ручних щурів по відношенню не тільки до людини, але і до навколишнього незнайомого середовища. Посилення ролі поведінкової адаптації у щурів ручної лінії яскраво проявляється в підвищеній здатності до просторового навчання в тесті Морріса і до вироблення рефлексу пасивного уникнення [5].

Внутрішньовидова агресія *. На сучасному етапі селекції питання впливу доместфікації на внутрішньовидову поведінку сірих щурів представляє особливий інтерес, але до теперішнього часу залишався маловивченим. Серед природних форм внутрішньовидової агресивної поведінки тварин виділяються: агресія домінанта для встановлення і підтримки соціальної ієрархії у соціальних видів за допомогою агресивних актів, поз і демонстрацій; територіальна агресія для захисту власної території; материнська агресія, спрямована на захист потомства; агресія, викликана страхом у відповідь на напад іншої особи; агресія, викликана роздратуванням у відповідь на несподівані або неприємні умови.

До 30-х поколінь селекції було показано, що відбір на відсутність захисної агресії по відношенню до людини не викликав зміни внутрішньовидової міжцової агресії і агресії хижака, проте послабив агресію, викликану електричним струмом [8]. І це узгоджується з вектором відбору! Відомо, що на сучасному етапі відбору у сірих щурів відбулася істотна зміна медіаторних і гормональних систем, тісно пов’язаних з агресивною поведінкою. Таким чином, дозріла необхідність вивчити вплив відбору з поведінки на різні види внутрішньовидової міжцової агресії, а також провести порівняння з природними дикими щурами, які не піддавалися спрямованій штучній селекції. В якості контролю були використані щури дикого типу з неселекціонованої популяції 3-7-го поколінь утримання в умовах віварію. Ці особини походили від диких сірих щурів, відловлених в околицях новосибірського Академмістечка в 2005-2007 рр. Були спіймані дві самки і три самці, які дали потомство, що послужило основою для розведення неселекціонованої популяції щурів дикого типу, умовно званих дикими, для порівняння з селекціонованими лініями щурів на сучасному етапі відбору.

Для вивчення внутрішньовидової міжсамцової агресії використовувалися методики, які широко застосовуються при дослідженні даного питання: тест «резидент — інтрудер» (resident — intruder) в домашній клітці і тест на міжсамцову агресію в незнайомій. За тиждень до поведінкового тестування щурів розсаджували в клітини по одній особині. В якості «інтрудерів» були використані неагресивні самці лабораторних щурів лінії Вістар.

Результати даних робіт свідчать, що тривалий відбір сірих щурів на відсутність агресивності по відношенню до людини призвів до ослаблення внутрішньовидової агресії самців. При цьому ручні самці характеризувалися значним ослабленням внутрішньовидової міжсамцової агресії порівняно і з агресивними, і з неселекціонованими щурами. Агресивна міжсамцева взаємодія включає різні поведінкові реакції, які або закінчуються активними діями «резидента» із завданням фізичних ушкоджень у вигляді укусів і ран, або пов’язані з демонстрацією агресивних намірів [18]. До останніх часто відносять бічні пози загрози, які можуть спостерігатися без наявності атаки та інших елементів агресивної поведінки. Такі елементи поведінки, як атака, вертикальна стійка, удар задньою лапою, переслідування, перекидання на спину, агресивний грумінг, тісно пов’язані між собою і в процесі агресивної взаємодії «резидента» і «інтрудера» змінюють один одного.

Агресивні взаємодії спостерігалися у щурів усіх генотипів, але більшою мірою були виражені у неселекціонованих і агресивних (рис. 6). Більше того, територіальна агресія ручних щурів у тесті «резидент — інтрудер» характеризується більшою мірою проявом бічних поз загрози. Даний тип поведінки сам по собі не завдає фізичної шкоди опоненту і являє собою лише початковий елемент адаптивної агресії нападу. Демонстрація агресивних намірів дає опоненту можливість уникнути фізичної конфронтації шляхом втечі або прояву субмісивної (залежної) поведінки [19, 20].

Рис. 6. Агресивна поведінка диких (сірі стовпчики), агресивних (червоні) і ручних (сині) щурів у тесті «резидент — інтрудер». Виявилося, що тривалість конфронтацій і кількість типів агресивної поведінки (I — атак, II — переслідувань, III — ударів задніми лапами, IV — вертикальних поз) більше, а латентний період першої агресивної взаємодії менше у диких і агресивних щурів порівняно з ручними. При цьому ручні щури зазвичай проявляють агресію, демонструючи бічні пози загрози (зазначено в% від часу агресивної поведінки)

В цілому агресивна поведінка ручних, агресивних і диких самців при тестуванні в незнайомій клітці відрізняється від територіальної агресії в тесті «резидент — інтрудер» збільшенням латентного періоду і представлено меншим спектром поведінкових набоїв, що свідчить, мабуть, про більш слабкий прояв міжсамцової агресії на незнайомій території, ніж при захисті своєї власної.

У той же час відбір на відсутність агресії по відношенню до людини не супроводжувався зміною агоністичного репертуару — складного комплексу дій, що спостерігається в