30.11.2003

Продолжая тему об излюбленных экспериментальных "моделях" в биологии (см. новость о рыбках-зебрах у нас или здесь, а также заметки о Нобелевских лауреатах 2002 года в журнале или здесь ), сегодняшняя заметка посвящена вкладу птиц в различные ветви науки о жизни.

Вьюрки стали озарением Дарвина.

"Взлет" птиц к широкой известности был инициирован исследованиями великого Дарвина, который сделал знаменитым несколько видов вьюрков, обитавших на Галапагосских островах. Дарвин начал их изучение в 1835 году, однако широкую известность вьюркам было суждено получить лишь десятилетием позже, когда, синтезировав все полученные данные по биоразнообразию небольших галапагосских птичек, Дарвин буквально шокировал научный мир теорией происхождения видов. На некоторое время вьюрки стали излюбленным объектом, привлекавшим эволюционистов со всего мира.

Начало XX века, а именно год 1911, ознаменовался важным открытием в области только зарождавшейся в то время науки вирусологии. П. Раус обнаружил у кур вирус, вызывающий раковое перерождение клеток. Вирус был назван в честь первооткрывателя "вирусом саркомы Рауса", С его открытием был заложен фундамент для понимания процессов опухолеобразования. Сейчас известно, что многие вирусы животных являются онкогенными, то есть способными приводить к раковому перерождению зараженной ими клетки. Для людей количество известных вирусов с онкогенными свойствами также неуклонно растет.

Куры помогают человеку бороться с вирусами.

Понадобилось около шести десятилетий, прошедших после открытия первых онкогенных вирусов, чтобы ученые поняли природу их агрессивности. Оказалось, что за опухолеродные свойства отвечает не целиком сам вирус, а лишь некоторые из его генов. У вируса саркомы Рауса такой ген (онкоген) присутствует в единственном экземпляре (ген V-src, от "Virus-sarcoma").

К своему изумлению и ужасу, ученые вскоре обнаружили, что похожие на эти опасные гены последовательности ДНК содержатся и во вполне нормальных клетках. Такие клеточные гены получили название протоонкогенов, т.е. "предшественников онкогенов". Появились они, как полагают, в результате внедрения вирусов на ранних этапах эволюции видов. К счастью, оказалось, что здоровая клетка способна обуздать этих "диверсантов", не давая им проявляться (экспрессироваться) слишком сильно. Более того, клетки высших животных приспособили такие гены для полезной деятельности.

Большинство известных клеточных протоонкогенов выполняют в "здоровой" клетке различные "нормальные", функции, необходимые для обеспечения клеточного ответа на активирующий сигнал: некоторые кодируют ферменты проведения сигнала - киназы, другие - клеточные рецепторы и т.д. Деятельность протоонкогенов находится под строгим контролем. Однако в силу некоторых мутаций или хромосомных перестроек протоонкогены могут выходить из-под контроля и вызывать онкологические заболевания, подобно тому, как это делают онкогенные вирусы.

Так, начав с изучения вируса у кур, человечество пришло к пониманию основных молекулярно-генетических закономерностей образования опухолей.

"Куриный вклад" в развитие вирусологии ощутим и по сей день. Дело в том, что куриный эмбрион (проще говоря, яйцо, прогретое несколько суток в термостате) является идеальным по свойствам и, что немаловажно, удобным и дешевым естественным "инкубатором" для многих вирусов. Например, когда Вы решитесь сделать прививку от гриппа, знайте, что то, что Вам собираются вводить, в свое время "вылупилось" из яйца.

Куриные эмбрионы являются также одной из любимых биологами моделей для изучения процессов дифференцировки клеток и тканей на ранних стадиях развития зародыша позвоночных.

А вот с интеллектом курам явно не так повезло (о чем можно судить по кладезям накопленных за века обидных присказок и метафор). Поэтому для изучения нервной системы ученые привлекли другие виды птиц: уток, гусей, зябликов, чаек и, конечно же, "мудрых" сов.

Исследования нервной деятельности с использованием птиц началось в 1935 году, когда ученых заинтересовали коммуникативные способности гусей и чаек. Изучение этих моделей дало существенный толчок этологии - науке о факторах, регулирующих поведение животных как в процессе жизни индивидуума, так и в ходе эволюции изучаемого вида.

В 1953 году с помощью птиц был сделан ряд открытий в нейробиологии головного мозга. К тому времени ученые уже осознали ключевую роль гипоталамо-гипофизарного комплекса в регуляции постоянства внутренней среды, температуры, чувства голода и сытости, гормонального баланса и даже поведения у животных. Однако механизм "запуска" этой системы регуляции был неясен.

Гипоталамо-гипофизарная система состоит из двух структур, осуществляющих тесную взаимосвязь между нервной и эндокринной (гормональной) системами. Первая - гипоталамус - является частью головного мозга. Гипофиз же представляет собой железу внутренней секреции, прилежащую к основанию головного мозга.

Уток "призвали" для изучения работы мозга.

Изучая головной мозг диких уток, ученые выяснили, что гипоталамус передает гормональный импульс в переднюю долю гипофиза, который затем "сигналит" гормонами "местным" железам организма (надпочечникам, щитовидной, поджелудочной и половыми железам). Так была установлена иерархия в одном из центральных регуляторных аппаратов нервной системы позвоночных.

В 1960-х годах в прицел интереса ученых попали мигрирующие виды птиц. Изучение механизмов их навигации продолжается и по сей день.

Также ученые до сих пор используют некоторые виды, например ворон (см. эту заметку ) для изучения элементарных актов высшей нервной деятельности, в частности запоминания и обучения.

Птицы, однако, играли в науке и не столь однозначно позитивную роль.

1999 год. В районе Queens в Нью-Йорке выявлены первые случаи поражения вирусом с экзотическим и устрашающим названием - вирус Западного Нила (West Nile virus). В том же году были обнаружены его переносчики, которыми оказались комар и птицы (в основном вороны). Заражение смертельным вирусом происходит при укусе человека комаром. Птицы же служат для вируса "депо", где он дожидается очередного хозяина-комара.

Вирус Западного Нила - далеко не единственный пример опасного соседства наших пернатых друзей. Предполагают, что птицы дали начало и другим заболеваниям человека и животных, среди которых пандемии куриного гриппа и коронавирус атипичной пневмонии.

Полагают, что изначально оба типа вирусов размножались у птиц были безвредны для человека, но стали болезнетворными после мутаций своих геномов. Пандемии "подозрительного" гриппа разражались в 1918, 1957 и 1968 годах, а в 1998 году эпидемия куриного гриппа заставила паниковать жителей Гонконга.

Индейка: полезна во всех отношениях!

К весне будущего 2004-го года ученые планируют завершить расшифровку генома курицы. Также запущен проект по геному индейки. Планируется, что изучение последовательностей ДНК этих птиц позволит лучше понять регуляцию процессов эмбриогенеза, а также ответить на все более волнующий человечество вопрос о возможности "непорочного" (партеногенетического) зачатия, наблюдаемого у индеек.

Так что в следующие Дни Благодарения американские ученые, возможно, смогут оценить не только изумительный вкус своего национального блюда, но и его великолепный вклад в науку.

Сергей Григорович