Памятник в Париже

В Париже перед зданием Пастеровского института установлен, памятник лягушке. Второй памятник был недавно воздвигнут в Токио на деньги, собранные студентами-медиками. Оба памятника - дань уважения и признательности поистине неоценимых заслуг этих малоприметных созданий в развитии нашей науки и культуры, Именно лягушки почти 200 лет назад дали толчок к развитию одной из важнейших отраслей знания - науки об электричестве и обеспечили первые, еще робкие шаги ученых на пути к раскрытию его тайн.

Существует много легенд о том, как это произошло. Согласно самой распространенной, зеленую улицу в науку лягушке открыла сеньора Гальвани, жена профессора анатомии и физиологии из университета в Болонье - Луиджи Гальвани. У сеньоры не было кухарки, и ей самой приходилось делать все необходимые закупки. Хозяин мясной лавки, куда она обычно захаживала, славился тем, что кроме баранины и жирной птицы всегда мог предложить полупотрошеную "столовую" лягушку - деликатес, и по сей день весьма популярный в Италии. Как-то отбирая на обед кусок говядины помясистее, она была поражена тем, что лягушачьи окорочка, развешенные на медных крючьях, прикрепленных к железным перекладинам, время от времени вздрагивали, как живые. Естественно, ей в первую очередь пришла в голову мысль, что мясник поддерживает тесную связь с нечистой силой. Ее более просвещенный супруг пытался успокоить сеньору, когда до крайности взволнованная она вернулась домой.

Луиджи Гальвани знал, что электрические разряды лейденской банки могут вызвать сокращения мышц человеческого трупа и объяснял события в лавке мясника влиянием на лягушачьи лапки атмосферного электричества. Чтобы окончательно разубедить жену, он предложил ей в одну из грозовых ночей совместно проделать опыты с мертвой лягушкой. Как и предполагал ученый, лапки лягушачьего трупа, подвешенного на медном крючке к решетке балкона, время от времени дергались.

Ни гроза, ни нечистая сила к поведению мертвой лягушки никакого отношения, конечно, не имели. Видимо, ветер раскачивал тушку, и когда она касалась чугунной балюстрады, замыкалась цепь между железом и медью, и электрический ток, возникавший в цепи разнородных металлов, как и полагается в таких случаях, вызывал сокращение мышц. Понять это сумел лишь Александр Вольта, что ничуть не умаляет заслуг Гальвани, который так увлекся экспериментами с электричеством, что занимался ими до конца своей жизни.

После опубликования им первых исследований и, в еще большей степени, в силу общительного характера сеньоры Гальвани, сенсационные слухи о возможности с помощью электричества "возвращения" жизни мертвому животному быстро распространились по всей Италии и далеко за ее пределы, захватив воображение мыслящего человечества и дав пищу для самой смелой фантазии.

Многолетние исследования убедили Гальвани в наличии самой тесной связи между жизнью и электричеством. С помощью остроумного эксперимента он сумел доказать, что электричество присутствует в любой живом организме. Эти опыты были повторены в десятках лабораторий. Ими занимались биологи, физики, математики, врачи. Из удобного объекта для биологических опытов лягушка в руках физиков очень скоро превратилась в удобный источник электричества и в наичувствительнейший измерительный прибор. В общем, не будь лягушки, неизвестно, когда человечество всерьез познакомилось бы с электричеством.

С легкой руки Луиджи Гальвани лягушка стала привычным объектом биологических исследований, первым лабораторным животным. И действительно трудно найти более распространенное, более дешевое, более неприхотливое, терпеливое и совершенно безопасное для экспериментатора животное. Лягушек не обязательно покупать. Их можно наловить практически в любом пруду и болотце. Всю долгую зиму заготовленные с осени лягушки хранятся в прохладном подвале, не требуя пищи и сколько-нибудь серьезного ухода. А работать с ними - одно удовольствие! Кошку или даже белую крысу так просто на операционный стол не положишь, они будут царапаться и кусаться. Лягушка же не требует даже наркоза. Если же ее нужно обездвижить, разрушают спинной мозг, процедура, которая занимает всего одну-две минуты.

Гальвани в своих опытах использовал нервно-мышечные препараты. Мышца, отсеченная от лягушачьей лапки, вместе с иннервирующим ее нервом, длительное время способна сохранять свою работоспособность. Не удивительно, что львиная доля исследований по физиологи мышцы и нерва выполнены на лягушках. Несколько позже выяснилось, что и лягушачье сердце, извлеченное из тела, в надлежащих условиях может часами продолжать свою работу. Это создало благоприятные условия для изучения физиологии сердца, а позже использовалось для выяснения механизма действия сердечных фармакологических препаратов. Даже в наши дни лягушки широко используются в фармакологических исследованиях. Хотя физиология земноводных и человека имеет существенные отличия, первоначальный отбор препаратов, перспективных для дальнейшего изучения, очень удобно проводить на лягушках; это значительно ускоряет и удешевляет исследование.

Трудно в нескольких словах полно охарактеризовать те биологические и медицинские проблемы, которые помогли разрешить лягушки. Даже в изучение центральной нервной системы они внесли весомый вклад. Именно на этом животном создатель отечественной физиологии И. М. Сеченов в очень простых и изящных опытах открыл торможение - фундаментальнейшее явление в работе нервной системы.

Роль, которую сыграли лягушки в развитии многих отраслей науки, связана не с какими-то особыми свойствами амфибий, а объясняется, так сказать, покладистым характером лягушек. Действительно, не будь на Земле лягушек, люди как-нибудь обошлись бы. Те же самые результаты, конечно, на многие десятилетия, а то и столетия позже, с гораздо большими затратами труда и средств, но все же были бы достигнуты. Однако есть отрасли науки, возлагающие на амфибий особые надежды. Здесь заменить их нечем.

В настоящее время перед медициной стоит вопрос о замене поврежденных или утраченных органов. Успехи в этом отношении еще невелики. В настоящее время медики располагают методом переливания крови, умеют пересаживать роговицу глаза, кроветворные ткани, да, пожалуй, еще кожу. На пути овладения методом пересадки конечностей и внутренних органов, кроме чисто технических трудностей, пока что непреодолимым препятствием стоит барьер тканевой несовместимости. Между тем тритон легко восстанавливает (регенерирует) отрезанную конечность, удаленное легкое и некоторые другие внутренние органы. Если у тритона перерезать кишечник, он от этого не погибнет. Животному не нужно оказывать хирургическую помощь, сшивать перерезанную кишку. Ее отрезки сами найдут друг друга и через некоторое время срастутся. Представьте себе, как было бы замечательно, если бы у человека вместо удаленного хирургом органа вырастал бы новый. Пусть для начала это было бы не сердце, а хотя бы зубы, ведь редкий человек до глубокой старости сохраняет их в целости. Вот для изучения вопросов регенерации амфибии и являются незаменимым объектом. Дело в том, что из всех позвоночных животных хвостатые земноводные обладают наибольшей способностью к регенерации. В этом отношении они значительно превосходят не только высших, но и низкоорганизованных позвоночных и даже своих ближайших родственников - бесхвостых амфибий. У взрослых лягушек и жаб, за исключением шпорцевой лягушки, способность к регенерации достаточно ограничена.

В настоящее время ученые не знают, с чем связана эта удивительная особенность хвостатых амфибий. Может быть, в борьбе за существование они самостоятельно выработали особые регенерационные способности? Более вероятно, что они лучше других животных сохранили то, чем обладали их предки.

Есть ли надежда, что изучение амфибий поможет улучшить регенерационную способность человека? Или мы так прочно утратили эту функцию, что не стоит и пытаться вернуть ее вновь? Нет, дело обстоит не так пессимистично. Млекопитающие, в том числе и человек, способность к регенерации утратили не полностью. Хрусталик глаза обладает слабыми регенеративными свойствами, нервные волокна (отростки нервных клеток) регенерируют очень хорошо, а печень млекопитающих регенерирует даже лучше, чем у виртуозов этого дела - амфибий. Видимо, для животных, переселившихся на сушу, регенерация оказалась невыгодной. Нежный регенерационный зачаток в условиях наземного существования трудно уберечь от непрерывных травм, поэтому они перешли к иной форме регенерации - скорейшему заживлению раны, без восстановления утраченного органа.

Исследования, проведенные на амфибиях, уже дали первые результаты. Оказалось, что регенерацией заведует генетический аппарат. У аксолотлей удалось обнаружить такую форму генетической мутации (изменение генетического набора), в результате которой они утрачивали способность восстанавливать конечности. А не удастся ли у человека, в случае необходимости, вызвать противоположные изменения генетического аппарата или активности отдельных генов, чтобы усилить регенерационные возможности и замедлить процесс заживления раны?

Быстрое рубцевание раневых поверхностей - чрезвычайно важный процесс - иногда оборачивается для человека настоящей драмой. Хвостатые амфибии способны восстанавливать спинной мозг. Пересаженный глаз у них не только приживляется, но и осуществляет регенерацию зрительного нерва, и что особенно удивительно - отрастающий нерв самостоятельно находит мозг, проникает в него, а нервные волокна находят в мозгу все те участки, куда у здоровых амфибий поступает зрительная информация. У человека такое полное восстановление функций, к сожалению, невозможно. Если человеку не удалить, а только перерезать спинной мозг, происходит невосстановимое нарушение функций всех тех отделов, которые иннервируются отсеченным отрезком. Между тем при таких повреждениях гибнет относительно немного нервных клеток, а нервные волокна, из которых в основном состоит спинной мозг, могли бы отлично регенерировать, но быстро образующийся на месте повреждения рубец мешает им проникнуть из одного отрезка в другой. Если бы врачи умели управлять регенерацией и рубцеванием, травмы спинного мозга были бы излечимы.

Исследования, проведенные на амфибиях, помогли обнаружить факторы, задерживающие и ускоряющие регенерацию. Гормон щитовидной железы - тироксин - подавляет регенерацию. Некоторые органы, например хрусталик, выделяя в кровь какие-то вещества, препятствуют регенерации второго аналогичного органа. Конечности и хвост амфибий таких веществ не имеют, поэтому, не удаляя их, а только нанося определенные повреждения, можно вызвать регенерацию дополнительной конечности. Как это заманчиво для медицины - иметь возможность в случае заболевания какого-нибудь органа заблаговременно создать ему замену.

Особенно важным оказалось установление руководящей роли нервной системы над процессом регенерации. Выяснилось, что после удаления гипофиза - особого отдела головного мозга - и при повреждении периферических нервов, обеспечивающих иннервацию района повреждения, регенерации не происходит. Напротив, усиление функции нервной системы улучшает регенерацию.

Вводя вещества, полученные из гипофиза, и создавая хирургическим путем дополнительную иннервацию поврежденной области, удалось добиться у лягушки регенерации конечностей, чего в норме никогда не бывает, и даже вызвать некоторое развитие регенерационного процесса у низших млекопитающих.

Путь к решению проблемы пересадки органов взамен заболевшего или утраченного, видимо, тоже ведет через амфибий. Несколькими строками выше было сказано, что пересаженный глаз тритона приживляется и регенерирует зрительный нерв. Успешному проведению подобных операций на позвоночных животных мешает тканевая несовместимость. Однако у амфибии ее удается преодолеть легче, чем у каких-либо других животных. 25 лет назад, после многолетних исследований, советский ученый Н. П. Синицин разработал методику, позволившую успешно осуществлять у лягушек пересадку сердца, по существу, первого органа, который был успешно и надежно пересажен у позвоночных животных. Через 3 месяца после пересадки заканчивался процесс взаимного приспособления пересаженного органа и принявшего его в свой состав тела. С этого момента работа сердца у оперированных животных выравнивалась и ничем практически не отличалась от природного. Лягушки с пересаженным сердцем жили по многу лет.

Исследования Н. П. Синицина явились ценным вкладом в развитие теоретической медицины и легли в основу изучения этого вопроса на более высокоразвитых животных, у которых преодоление барьера несовместимости является более трудной задачей. И хотя проблема пересадки органов для человека пока еще далека от своего разрешения, нужно помнить, что первый шаг в этом направлении позволили сделать лягушки.

Опыты по пересадкам на амфибиях продолжаются. Интересные результаты удалось получить французскому ученому Шарлю Уйону. Он разработал метод пересадки у тритонов... головы, Точнее из двух разрезанных пополам животных исследователь формирует двух химер, названных так в честь мифического чудовища с головой и шеей льва, туловищем козы и хвостом дракона, выдуманного греками.

Создания Уйона - истинные химеры, так как ученый сращивает переднюю часть одного вида тритонов с задней частью тритона, относящегося к другому виду. Например, ребристого тритона с перепончатолапым, альпийского с мексиканским аксолотлем (рис. 12).

По окраске тела отчетливо видно, где кончается одно животное и начинается другое. Если задняя часть взята от перепончатого тритона, передние лапы химеры останутся обычными, а задние, как и полагается иметь перепончатому тритону, будут иметь пленочку, натянутую между пальцами. Наконец, нередко химеры оказываются восьмилапыми. Первая пара конечностей принадлежит тритону, от которого была взята передняя часть тела, две последние пары обязаны своим происхождением хозяину задней части химеры, и наконец, четвертая пара бывает смешанной. Она вырастает в районе рубца и носит черты обоих видов тритонов, объединенных в химеру.

Операция сращения осуществляется не на взрослых животных, а на эмбрионах, когда у них уже сформировались голова, туловище и хвост, но зародыш находится еще в яйце. Наиболее трудная часть операции - точно соединить обе части будущей химеры. Если эта процедура удалась, через два часа рана в месте соединения зарубцовывается. Выживают, конечно, немногие, - 2-3%. Тканевая несовместимость успешно преодолевается только тогда, когда обе части химеры одинаковы по величине. Видимо, происходит взаимная вакцинация. Равные по величине части не в силах победить друг друга, вынуждены проявить взаимную терпимость, свыкнуться с необходимостью жить вместе.

Рис. 12. Химера, полученная путем сращения ребристого (голова) и перепончатолапого (хвост) тритонов

Овладение секретами регенерации и тканевой несовместимости - проблема отдаленного будущего. Исследования иного порядка обещают принести пользу в самые ближайшие годы. Выше уже говорилось, что кожные железы многих амфибий вырабатывают сильный яд. Недавно были проведены исследования с целью выяснить возможности использования его в качестве лекарств. Оказалось, что зеленые жабы, самые ядовитые амфибии нашей страны, вполне подходящий для этого объект. От одной жабы из ее околоушных желез удается получить 0,058 г сухого ядовитого вещества. Из него можно приготовить значительное количество средств, возбуждающих дыхание и кровообращение или 30-60 противошоковых доз. Химический состав и биологическое действие ядов амфибий еще совершенно не изучены, но, учитывая большое количество сильно ядовитых амфибий, особенно в тропиках, можно думать, что знакомство с ними будет иметь важное значение.

Не только сами взрослые животные, но и их яйцеклетки широко используются в биологических исследованиях. И в этом отношении амфибии оказались удобным объектом, так как удалось разработать очень простой способ выведения потомства практически в любое время года. Для этого производителям делают пересадку гипофиза, взятого от другой лягушки или инъекцию из вещества этого мозгового образования, которое вырабатывает гормоны, регулирующие созревание половых продуктов. Дополнительная порция гормона, полученная от инъекции или от пересаженного гипофиза, за несколько дней делает животных готовыми к размножению.

Детальное изучение развития яйцеклеток позволило разработать метод получения полиплоидных амфибий. Обычно каждая клеточка тела любого животного содержит диплоидный (двойной) набор хромосом. Только в половых клетках, яйцах и сперматозоидах число их уменьшено наполовину. Когда же в яйцо проникнет сперматозоид и клетки сливаются, соединив свои хромосомы, в ядре оплодотворенного яйца вновь окажется нормальный (диплоидный) набор.

А что произойдет, если иметь не 2, а 4 или больше наборов хромосом? Для растений это обычное явление: все культурные сорта полиплоидны, т. е. их ядра содержат по нескольку, иногда свыше 1000, наборов хромосом. Такие ядра бывают значительно крупнее обычных и соответственно клетки растения также увеличиваются, что в свою очередь приводит к значительному увеличению растения в целом. Вот основная причина того, почему культурные растения больше их диких предков и дают более крупные семена и плоды.

Полиплоидия известна и среди животных, но только способных размножаться партеногенетическя, т. е. из неоплодотворенных клеток, так как при половом размножении в полиплоидном яйце происходит путаница с половыми хромосомами, определение пола будущего животного оказывается невозможным, развитие яйца идет неправильно и оно гибнет.

При изучении развития яиц амфибий оказалось, что под действием тепла или холода на свежеотложенные и оплодотворенные яйцеклетки развивается триплоидный эмбрион с тройным набором хромосом. Это происходит вследствие нарушения процессов созревания яйца. Каждая женская половая клетка в процессе своего созревания несколько раз делится. При первом делении получаются две клетки с половинным насбором хромосом. Во время второго и третьего деления происходит расщепление хромосом, поэтому количество их больше не убывает, причем одни половинки их остаются в яйце, а вторые поступают в так называемые направительные тельца. У амфибий процесс третьего деления заканчивается уже после того, как яйцо отложено. Если его своевременно подвергнут термическому воздействию, когда хромосомы уже расщепились, а направительное тельце еще не образовалось, яйцо сохранит ту часть хромосом, которая должна была отойти в направительное тельце, т. е. будет иметь необычный для половой клетки диплоидный (двойной) набор хромосом, к которым еще добавляются хромосомы сперматозоида. В результате такая оплодотворенная яйцеклетка будет иметь 3 набора хромосом и зародыш будет триплоидным. У многих амбистом, в том числе у аксолотля, легко получить свыше 70% триплоидных яиц. Но вот что интересно. Если иногда у других животных, главным образом у беспозвоночных, удавалось вывести полиплоидных особей, они всегда оказывались бесплодными.

Первое исключение исследователям подарили амфибии. Самки триплоидных гибридов аксолотля и мексиканской амбистомы оказались способными к размножению. Может быть, удача объясняется тем, что у амфибий отсутствуют половые хромосомы, во всяком случае пока они не найдены. Так как триплоидных самцов, способных к размножению, получить не удалось, полиплоидных самок скрестили с обычными диплоидными амбистомами. От этого брака были также получены полиплоидные животные, но теперь уже тетраплоидные, с четырьмя наборами хромосом. Среди них опять оказалось несколько способных к размножению самок. Потомство от них вновь оказалось триплоидным. Эти опыты с амфибиями положили начало серьезному изучению полиплоидии у высших позвоночных животных.

К сожалению, уже первые опыты показали, что в животноводстве полиплоидия не даст такого значительного эффекта, какой был получен в растениеводстве. У животных более жестко запрограммированы размеры тела, и полиплоидные существа ростом обычно не превышают своих диплоидных братьев. В некотором смысле полиплоидия сказывается отрицательно, так как полиплоидные клетки большого размера, и значит при обычном размере тела, оно оказывается построено из меньшего количества клеток. Уменьшение числа клеток может плохо отразиться на функции некоторых органов, особенно мозга. Естественно, что при уменьшении числа нейронов работа мозга затрудняется: и действительно исследователи отмечали, что полиплоидные особи несколько глупее их диплоидных собратьев.

Несмотря на отсутствие таких прямых выгод от полиплоидных животных, изучение этого явления остается очень перспективным. Полиплоидные виды (а их в природе немало из числа размножающихся партеногенетически) более жизнеспособны. Это, видимо, объясняется тем, что увеличение числа хромосом снижает возможность выявления наследственных дефектов. Кроме того, сам факт численного увеличения биохимически активных ядерных элементов клетки позволяет развивать более интенсивную жизнедеятельность. Недаром же гигантские секреторные клетки шелковичного червя, вырабатывающие нить, часто содержат до 1024 наборов хромосом. Это ставит вопрос о возможности и целесообразности увеличения числа хромосом в отдельных физиологически важных органах наших сельскохозяйственных животных.

Изучение полиплоидности может иметь и другие аспекты. Оказалось, что клетки большинства злокачественных опухолей полиплоидны. Выяснилось, что полиплоидные ткани легче поддаются пересадке, лучше преодолевая иммунологический барьер. Все эти примеры показывают большую перспективность изучения полиплоидии у животных.

Амфибии находят применение не только в биологических исследованиях, но и в учебных целях. Дешевизна и простота использования являются причиной того, что лягушка стала основным объектом на практических занятиях в школе и вузах, Вот почему у японских студентов родилась идея сооружения памятника лягушке. Земноводные в таких масштабах используются при обучении, что в Англию приходится теперь ввозить их из-за рубежа, так как систематический отлов поставил лягушек на Британских островах под угрозу полного исчезновения. В настоящее время в ряде стран - Англии, ГДР и Польше - лягушки находятся под охраной государства и отлов их запрещен.

Как ни велики заслуги лягушки в науке, еще более весом их вклад в охрану растений от их опаснейших врагов - насекомых. Участие амфибий абсолютно необходимо, так как они в отличие от птиц кормятся ночью, уничтожая насекомых, которые более активны в сумерках.

Жабы охраняют поля и огороды, лягушки - луга и леса. Уместно напомнить, что древесные лягушки выполняют совершенно уникальную функцию, истребляя насекомых, живущих высоко от земли в кронах деревьев. Недаром амфибии повсеместно берутся под охрану. Фермеры Западной Европы специально покупают лягушек и жаб и выпускают их на своих угодьях. Некоторые виды бесхвостых амфибий успешно акклиматизированы в ряде стран и приносят там немалую пользу. Очень удачным, например, оказался завоз жабы-аги на сахарные плантации Гавайских, Бермудских, Филиппинских островов, в Новую Гвинею, на Барбадос и Ямайку, где они поедают личинок майских жуков.

Кроме вредителей полей и лесов, амфибии в огромных количествах уничтожают комаров, доставляющих людям массу неприятностей и являющихся переносчиками многих опасных заболеваний. Жерлянки и тритоны лакомятся личинками, а юные, только что вышедшие из воды лягушата всех видов -взрослыми комарами.

В ряде стран Европы, Азии и Северной Америки лягушки употребляются в пищу. Наша обычная прудовая лягушка в Европе известна под названием съедобной. Ее отлавливают в природе и разводят на лягушачьих фермах. В Азии для кулинарных нужд разводят индийскую тигровую лягушку.

Этот далеко не полный перечень лягушачьих заслуг перед человечеством показывает, что они поистине неоценимы.

Памятник в Париже