Как приручить лису: серотонин и мелатонин

В 2017 году, к 100-летию академика Дмитрия Беляева (1917–1985), в США вышла книга американского биолога и историка науки Ли Дугаткина и российского генетика Людмилы Трут «Как приручить лису (и превратить в собаку)», подробно и трогательно рассказывающая о знаменитом эксперименте по одомашниванию лисиц, который Беляев и Трут начали в 1959 году в Новосибирском Академгородке. К 60-летию уникального эксперимента в 2019-м поспело и русскоязычное издание – с разрешения издательства «Альпина нон-фикшн» публикуем отрывок.

Обложка русскоязычного издания, Людмила Трут и Ли Дугаткин, а также ручные лисички.

В первые десять лет проведения эксперимента Дмитрий Беляев и Людмила Трут не имели возможности проследить биохимические изменения, происходившие с доместицируемыми лисами. Найденные ими различия в гормональном уровне у ручных и диких животных были хорошей заявкой на будущее. Но с каждым годом методы изучения гормонов и манипуляции ими становились все совершеннее. В 1970-е гг. в этой области науки был достигнут значительный прогресс, позволивший нашим героям сделать еще более значительные открытия.

Одни из самых замечательных новых открытий касались серотонина. Поначалу этот нейромедиатор, открытый в 1930-х гг., рассматривался как вещество, участвующее в сокращении мускулов и поддерживающее тонус мышц. Само его название переводится примерно как «тонизирующая сыворотка». В самом начале 1970-х гг. обнаружилось, что высокий уровень серотонина в мозге снижает беспокойство и поднимает настроение. В 1974 г. рынок лекарств буквально взорвало появление прозака – первого антидепрессанта на серотониновой основе. Эти открытия натолкнули Дмитрия на мысль, что спокойствие и довольство «элитных» лис [так Дмитрий и Людмила стали называть лис, демонстрирующих дружелюбное поведение в отношении людей. – Прим. ред.] могут объясняться повышенным уровнем серотонина в их организме. Когда Людмила провела соответствующие измерения, догадка подтвердилась: у ручных лис уровень серотонина был значительно выше, чем у контрольных особей. Иными словами, они не только выглядели более довольными и благополучными, они на самом деле такими были. По крайней мере, об этом свидетельствовали гормоны. То же самое наблюдается и у собак по сравнению с волками: уровень серотонина у первых гораздо выше.

Другим очевидным кандидатом на изучение был гормон мелатонин, определяющий сроки спаривания и воспроизводства потомства у многих видов млекопитающих. Людмила и Дмитрий предполагали, что он отвечает за более раннее наступление эструса у «элитных» самок, а также за то, что у некоторых из них течка происходила чаще чем раз в год. В природных условиях период спаривания у многих животных приходится на то время, когда увеличивается продолжительность светового дня. Поскольку секреция мелатонина коррелирует с количеством солнечного света, получаемого животным, этот гормон должен быть как-то связан с размножением. Количество света закономерно изменяется в соответствии с суточным и годичным циклами. Днем уровень мелатонина снижается, ночью – растет. Поэтому и предполагалось, что изменения в его концентрации, происходящие в конце зимы – начале весны, когда день становится длиннее, могут «запускать» спаривание у многих видов.

Органом, управляющим колебаниями секреции мелатонина, служит эпифиз (шишковидная железа) – крошечная железа, расположенная в недрах мозга. Благодаря своим свойствам она получила название «третий глаз». Когда-то считалось, что эпифиз напрямую связан с важнейшими жизненными функциями, недаром же он расположен в самом центре мозга. В XVII в. Рене Декарт даже предположил, что в нем находится «вместилище души», где рождаются мысли. Но для чего, кроме восприятия света, еще нужна эта железа, долго оставалось тайной. В конце концов ученые установили, что она производит мелатонин и многие другие гормоны. Также обнаружилось, что изменения уровня мелатонина усиливают секрецию половых гормонов, регулирующих процессы спаривания и воспроизводства потомства.

Дмитрий Беляев приручает лис на звероферме экспериментального хозяйства СО АН СССР, середина 1970-х гг. Фото: Институт цитологии и генетики СО РАН.

Дмитрий и Людмила решили узнать, есть ли прямая связь между количеством солнечного света, получаемого лисами, и их готовностью к спариванию. В течение осени Людмила и ее помощницы подвергали «элитную» и контрольную группы лис воздействию света на два с половиной часа в день дольше, чем было характерно для этого времени года. Тогда они еще не умели напрямую определять уровень мелатонина у животных: только-только разработанная процедура была технически сложной. Однако Людмила могла измерять уровень половых гормонов, что было гораздо проще. Выполнив необходимые анализы, она и ее команда установили, что в принципе увеличение светового воздействия вызвало повышение гормонального уровня у животных обеих групп, но гораздо сильнее этот эффект проявился у «элитных» лис. Более того, он наблюдался не только у самок, но и у самцов – у них до этого никаких серьезных изменений в физиологии размножения не отмечали. У некоторых исследованных животных уровень гормонов был так высок, что они были готовы к спариванию прямо в момент обследования, и опять-таки это касалось как самок, так и самцов: еще одна важная новость, которую дал эксперимент с лисами. Теперь Людмила могла напрямую проверить, могут ли ее подопечные приносить потомство два раза в год, как это свойственно многим одомашненным видам. Она тщательно подобрала партнеров для спаривания, но увы, ни одна из самок не забеременела. Судя по всему, высокий уровень гормонов был важным, но не единственным фактором, определяющим успех размножения. И все же это было замечательное открытие. Выяснилось, что самки, течка у которых наступает раньше без увеличенного воздействия света, при прочих равных условиях отличаются измененным уровнем мелатонина по сравнению с «обычными» самками. Увы, без прямых измерений нельзя было понять, повышенный или, наоборот, пониженный уровень этого гормона им свойственен. Чтобы решить данную загадку, требовалось участие специалиста.

Сотрудница института Лариса Колесникова специализировалась в этой области, но даже она не владела современными методами измерения уровня мелатонина. Дмитрий предложил ей войти в состав группы, проводящей эксперимент с лисами, и освоить необходимую методику. Она должна была отправиться за границу и пройти долгую, продолжительностью в несколько месяцев, стажировку. Задача показалась Ларисе увлекательной и дающей шанс сделать важное открытие. Не меньше ее привлекала и возможность тесного научного сотрудничества с Дмитрием Беляевым. «В работе с ним, – вспоминает Колесникова, – была какая-то особая притягательность… она помогла мне преодолеть все мои страхи». Итак, Лариса согласилась. Но отправить ее за рубеж было очень непросто: предстояло добиться разрешения на такую поездку и найти деньги для оплаты стажировки. Несмотря на изоляцию, в которой оказались советские ученые после Второй мировой войны, и на относительную нехватку средств, Беляев твердо решил не отставать от достижений мировой науки. Как директор крупного научного учреждения он имел достаточно возможностей для этого, и ему удалось направить Ларису на стажировку в США, в Медицинский центр Университета Сан-Антонио. Именно там проводились самые современные исследования, связанные с изучением мелатонина.

В чернобурых лисятках много мелатонина и меланина. Фото: Дарья Шепелева.

На этом трудности не заканчивались: освоение техники определения уровня гормона было только частью задачи. Ларисе предстояло брать у лис пробы крови не только днем, но и поздно ночью, и делать это не когда-нибудь, а в конце января, перед самым началом нормального для вида репродуктивного периода. Предполагалось, что именно тогда должны происходить существенные изменения уровня мелатонина. Брать пробы днем не слишком трудно. Другое дело – заниматься этим морозными сибирскими ночами, когда температура может падать ниже –40 °С… Лариса старалась не думать об этом, а сосредоточиться на красоте зимней ночи, на том, как ложится на сугробы лунный свет, окрашивая их, как она вспоминает, «в лиловые, голубоватые и пурпурные тона». Ей оставалось только восхищаться зрелищем звезд, «таких далеких, невероятно далеких». Но были и другие сложности. В одиночку, без помощи работниц фермы, брать пробы было невозможно. Им уже случалось помогать исследователям, когда у лис измеряли уровень гормонов стресса, но те пробы брали исключительно днем.

В основном на ферме трудились женщины, и у них были семьи, нуждавшиеся в их заботе. Лариса должна была просить их в течение двух недель проводить на работе поздние часы, с одиннадцати вечера до двух часов ночи. Она с нежностью вспоминает, что «ни одна из работниц не пожаловалась на то, что ей надо укладывать детей спать или готовить на завтра обед. У них был девиз: “Мы придем и все сделаем, если так нужно для науки”».

Зима в тот год выдалась необычайно холодной. В одиннадцатом часу вечера водитель институтского микроавтобуса, добродушный паренек по имени Валерий, встречал Ларису у ее дома в Академгородке. Они заезжали в Каинскую Заимку за ее помощницами. Лариса вспоминает, что каждая работница уже сидела у окошка в ожидании машины, готовая немедленно ехать. Они знали, что время не ждет, и не хотели быть причиной задержек в работе. Высадив их у вольеров, Валерий отгонял автобус в гараж и, не выключая мотор, погружался в дремоту. В это время Лариса и ее помощницы изучали составленный Людмилой список животных, у которых в ту ночь предстояло брать пробы крови. Составлялся кратчайший маршрут обхода клеток, чтобы выполнить все как можно быстрее. Если шел густой снег, им приходилось сначала расчищать подходы к вольерам и к помещению лаборатории, куда лис приносили, чтобы взять у них кровь. Порой ночи были совершенно темными, без лунного света, и женщинам приходилось освещать себе путь фонариками. Проходя между вольерами, они торопливо отыскивали нужных животных, освещая таблички с их кличками, закрепленные над клетками. С такой же поспешностью, будто выполняя тайную военную операцию, на руках переносили блаженно теплых лис из клеток в лабораторию и обратно. Когда дело было сделано, все собирались у машины и, по словам Ларисы, «Валерий открывал нам дверь, с улыбкой интересуясь, совсем мы замерзли или нет».

Вы там часом не замерзли совсем? Фото: Roeselien Raimond.

Когда анализ проб был сделан, Лариса пошла к Людмиле и Дмитрию, чтобы рассказать им об удивительном явлении, которое она обнаружила: концентрация мелатонина в крови ручных и контрольных лис была одинаковой, зато содержание этого гормона в шишковидной железе у животных первой группы было значительно выше. По мнению Ларисы, это было весьма странно. Как и ожидалось, «элитные» животные вырабатывали больше мелатонина, но он почти весь скапливался у них в эпифизе, причем в такой вязкой консистенции, что никак не мог выходить в кровоток. Сама эта железа у лис в экспериментальной группе была значительно, почти наполовину, меньше, чем у контрольных животных. Никто не мог понять, в чем тут дело.

Было ясно, что в эндокринной системе ручных лис, ответственной за секрецию гормонов, происходят какие-то изменения. Но о принципах работы этой необычайно сложной системы было мало что известно, поэтому никто не мог сказать, что именно в ней изменилось и почему. Даже сегодня мы знаем об эндокринной системе слишком мало, чтобы объяснить полученный результат.

Единственный вывод, который сибирские исследователи смогли вынести из этих сравнительных наблюдений, состоял в том, что теоретическое предсказание, сделанное Беляевым много лет назад, подтвердилось: отбор серебристо-черных лис на доместикацию вызвал глубокие и сложные изменения в их репродуктивной системе.


Дополнительные материалы по теме: свежее интервью с Людмилой Трут, репортаж из питомника, целая глава из книги, подборка научно-популярных статей об эксперименте.

Вас также могут заинтересовать статьи:
О приручении куриц, изменивших мир
Инженеры тундры: песцы выращивают у нор сады
500-летний научный эксперимент и другие долгосрочные опыты


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение