Научная сфера, как и многие другие сферы деятельности человека не обходится без непосредственного участия животных в экспериментах. Исследования в области медицины, косметики и многих других сегодня нельзя представить без так называемых модельных животных.
Модельные организмы – это такие организмы, которые помогают изучать процессы, происходящие в живой природе. Полученные в результате таких исследований данные представляется возможным перенести на свойства и процессы, характерные для других организмов (но это не обязательный критерий). Модельные организмы можно найти в каждом царстве живой природы: среди бактерий, грибов, растений, протистов, а также вирусов, но сегодня мы поговорим именно о модельных животных.
Каких же животных мы называем модельными? Существует несколько критериев. Чаще всего геном и белки модельных животных полностью секвенированы, то есть аминокислотная и нуклеотидная последовательности полностью определены, а значит, многие тайны функционирования их организмов раскрыты. Эти животные обычно являются типичными представителями своего таксона и имеют большинство присущих ему характерных признаков и свойств. Ещё одним важным моментом является экономичность содержания животных, - они должны быть неприхотливыми в содержании; а также должны легко размножаться в лабораторных условиях (исключения тоже есть: например, макаку-резуса достаточно сложно адаптировать к жизни в лабораторных условиях, но из-за близкого родства с человеком этих животных также относят к модельным). Ещё одним важным условием является лёгкость проведения генетических манипуляций у подопытных.
Исследования, проводимые на модельных животных, позволяют ученым улучшить качество жизни людей и восполнить пробелы в знаниях о здоровье, медицине, пищевой промышленности и многих других. Чтобы эксперименты получались «чистыми» и этичными, существует несколько организаций, которые тщательно следят за соблюдением норм на «производстве» модельных животных, а также за чистотой линии (чистая линия - генетически однородная группа организмов). Главная обязанность Комиссии по защите прав животных – следить, чтобы все протоколы экспериментов соблюдались, животные находились в чистоте, не испытывали дискомфорта и страха. В ходе экспериментов животные находятся в специальных помещениях с вентиляцией, питанием и доступом к воде. В конце эксперимента все животные усыпляются. Но история знает немало случаев, когда животным, участвующим в экспериментах, давали шанс на долгую и счастливую жизнь. Например, известные собаки-космонавты Белка и Стрелка. Через несколько месяцев после полёта Стрелка принесла здоровое потомство из шестерых щенков. Белка и Стрелка жили при Государственном научно-исследовательском и испытательном институте авиационной и космической медицины и умерли в глубокой старости. В настоящее время их чучела находятся в Мемориальном музее космонавтики в Москве.
Модельные животные представлены очень широко: от низших беспозвоночных, например, стрекающих (Nematostella vectensis – актиния, которую очень часто используют биологи развития для изучения развития книдарий) до высших позвоночных. Наиболее часто в качестве модельных животных среди хордовых используются такие виды как кошачья акула обыкновенная (Scyliorhinus canicula – используется для изучения гаструляции), гладкая шпорцевая лягушка (Xenopus laevis – основной объект в исследованиях биологии развития), домашняя курица (Gallus gallus domesticus – модельный объект при изучении биологии развития амниот), зебровая амадина (Taeniopygia guttata – модельный объект исследований поведения), домовая мышь (Mus musculus – главный модельный объект среди всех млекопитающих), мухоловка-пеструшка (Ficedula hypoleuca - популярный объект для изучения популяционной экологии и развития воробьиных птиц) и многие другие.
Некоторые модельные животные удостоились памятников в свою честь, которые установлены по всему миру. Наиболее известный в России – Памятник лабораторной мыши, вяжущей нить ДНК, установленный в новосибирском Академгородке. Он расположен в сквере около Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН.
Помимо цельных организмов, существуют модельные системы, которые состоят из клеток или тканей одного животного. Ярким примером такой модельной системы являются гигантские аксоны кальмаров (аксон - длинный отросток нервной клетки), которые достигают 1,5 мм в диаметре. Именно благодаря аксону кальмара Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли в 1963 году получили Нобелевскую премию за раскрытие ионного механизма потенциала действия у животных.
Ещё один пример – это «бессмертная» линия раковых клеток человека HeLа, полученные 8 февраля 1951 года из раковой опухоли шейки матки американки Генриетты Лакс. Хоть пациентка и скончалась от этой болезни в 1951 году, клетки, полученные из ее организма, позволяют делать открытия в области фармакологии до сих пор. Также культуры клеток HeLa были в числе первых биологических объектов, достигших лунной орбиты в 1968 году на борту советского космического аппарата «Зонд-5».
В настоящее время учёные пытаются переходить с экспериментов над модельными животными на математическое моделирование различных ситуаций, свойств и признаков. Уже давно не секрет, что любое действие можно описать с помощью системы уравнений. Но пока что математическими моделями описывают такие эксперименты, которые невозможно сделать в лабораторных условиях, либо, наоборот, которые требуют проверки на лабораторных животных, чтобы убедиться в качестве построенной модели.
Хотя модельные животные представляют собой типичных представителей, которым присущи все признаки и свойства таксона, многие результаты экспериментов не повторяются у всех его видов. Например, рак у мышей и даже макак-резусов уже можно вылечить с почти 90% вероятностью, в то время как на человека не действуют некоторые закономерности лечения, и рак остаётся одной из главных причин смертей человека, уступая только сердечно-сосудистым заболеваниям, различным инфекциям и патологиям. Именно поэтому некоторые ученые и правительства ряда стран требуют, чтобы страдания, как и само использование лабораторных животных, сводились к минимуму (ведь получается, что некоторые животные отдали свою жизнь напрасно). Существует так называемый «принцип трёх R» (replacement, reduction, refinement - замещение, сокращение, усовершенствование), принятый в большинстве стран: 1)замещение опытов с животными опытами без использования оных; 2) сокращение количества животных в экспериментах; 3) усовершенствование методов исследований, позволяющих минимизировать боль и страдания лабораторных животных, а также улучшить условия их содержания.
Возможно, в ближайшем будущем ученые сократят использование лабораторных животных в экспериментах в пользу компьютерного моделирования, искусственных тканей и других методик и технологий. Однако сегодняшний мир и биологическую науку невозможно представить без модельных животных, которые сыграли (и продолжают играть) свою огромную и очень важную роль.