На службе. Как собаки помогают науке – от Павлова до генетики

Собака – не только друг человека, но и верный спутник научного прогресса. «Футурист» расскажет о собаках, которые изменили научный мир зачастую ценой собственной жизни.

Почему именно собаки?

Собаки – животные, которые хорошо поддаются дрессировке и физиологически очень похожи на людей. За тысячелетия бок о бок с человеком, они научились доверять нам, выполнять сложные и протяженные во времени команды. Например, смирно лежать в аппарате МРТ. Спокойно сидеть в капсуле космического корабля и терпеть десятки датчиков на теле. Терпеть боль после вивисекции. Поведение дрессированной собаки для человека предсказуемо, она почти не тревожится, не бывает агрессивной при привычных нагрузках. Именно поэтому собаки часто используются в научных экспериментах и «приложили лапу» к невероятным открытиям и достижениям науки.

Собака Ньютона

Для начала – курьез. Не все собаки чрезвычайно умны. Случаются и проколы. Любимую болонку Исаака Ньютона звали Даймонд. В 1692 году песик прыгнул на стол хозяина, когда того не было дома. А ворох рукописей на столе был. И горящая свеча.

Когда пожар потушили, Исаак воскликнул: «Ох, Даймонд, Даймонд, тебе не понять, что ты натворил»! На восстановление записей не в полном объеме ушел почти год.

Собаки Павлова

Конечно, первая «научная собака», которая приходит на ум – это собака Павлова. Иван Петрович Павлов стал первым русским ученым, получившим Нобелевскую премию (1904 год). Многие ошибочно полагают, что Павлов получил «нобелевку» за разработку теории рефлекторной саморегуляции: ведь именно это открытие заложило базис науки о высшей нервной деятельности. Но нет, премию ему вручили за работы в области физиологии пищеварения. Именно Павлов разобрался, как мы едим, и что при этом происходит с организмом. Его подопытными были собаки – голодные бродяги, в обилии слонявшиеся по улицам Санкт-Петербурга.

Чтобы понять, как работает пищеварительная система пса, Павлов занимался вивисекцией. После таких операций в теле собаки оказывались по одной-две фистулы – специальных отверстий с трубочками, по которым стекали внутренние секреты животного: слюна, желудочный сок, желчь или другие. Изучая, как, в каком порядке и объеме вырабатываются секреты, Павлов совершил ряд открытий в физиологии пищеварения. В ходе таких экспериментов Павлов и заметил, что слюна у его подопечных начинает вырабатываться не в тот момент, когда собака видит мясо, а когда работник-кормилец, заходя, хлопает дверью. Это и навело Павлова на мысль об условных и безусловных рефлексах.

Каждая из собак Павлова имела кличку. Четвероногие получали имена лишь после того, как Иван Петрович понимал их характер, обнаруживал особенности поведения. В деле относительно гуманной вивисекции Павлов был первопроходцем: после окончания эксперимента он стремился сохранить животным максимально комфортную жизнь, не убивал их без надобности. Но жертвы собак во имя науки давались Павлову не легко.

«Когда я приступаю к опыту, – писал он, – связанному в конце с гибелью животного, я испытываю тяжелое чувство сожаления, что прерываю ликующую жизнь, что являюсь палачом живого существа. Когда я режу и разрушаю живое животное, я глушу в себе едкий упрек, что грубою невежественною рукой ломаю невыразимо художественный механизм. Но это переношу в интересах истины и пользы людям».

Открытие инсулина

Сахарный диабет сегодня – настоящая пандемия. Александр Майоров, президент «Российской Диабетической Ассоциации», приводит такую статистику: на 1 января 2016 года по всем мире проживают 415 миллионов диабетиков, причем половина из них не знает о своем диагнозе. Трудно представить, какая жизнь ждала бы этих людей, если бы в свое время не был открыт, а затем синтезирован инсулин.

По счастью, собаки тоже болеют диабетом, поэтому тяжесть открытия инсулина целиком легла на их плечи (точнее, поджелудочные железы). Опыты конца 19 века дали понять, что диабет напрямую связан с функционированием поджелудочной железы. Доказали ученые это просто: у собак с хирургически удаленной поджелудочной железой начинал расти уровень глюкозы в крови и моче.

В 1900 году русский ученый Леонид Соболев в опытах на собаках обнаружил, что удалять всю железу необязательно: на развитие диабета оказывает влияние лишь ее часть – островки Лангерганса. Именно в них вырабатывается инсулин, а если островки травмируются, и уровень инсулина в крови падает, развивается диабет. Разумеется, сразу же возникла идея вводить этот гормон извне, но все попытки оказались безуспешными: толченая собачья печень в борьбе с диабетом не помогала.

Впервые синтезировать инсулин помогли также собаки. Француз Эжен Глей ввел в протоки поджелудочной железы подопытной собаки масло. Поджелудочная железа атрофировалась, но островки Лангерганса оказались живы и невредимы. Вытяжка из этой поджелудочной железы вводилась собаке, больной сахарным диабетом и та жила полноценной собачьей жизнью так долго, как проводились инъекции.

В 1921 году опыт повторили канадский хирург Фредерик Бантинг. В 1923 году он получил нобелевскую премию за первый успешный синтез инсулина и создание лекарства от диабета.

Изоляция мозга

Изоляция мозга уже давно будоражит разум футурологов и фантастов, ведь это возможный способ жить вечно. Первые подобные опыты провел в 20-х годах 20 века Сергей Сергеевич Брюхоненко. Эксперимент проводился так: собаке отсекли голову и поддерживали ее жизнь при пониженной температуре с использованием аппарата искусственного кровообращения, который Брюхоненко ради этого эксперимента и изобрел (в дальнейшем он спас жизни не одного человека во время операций на сердце). Голова собаки без тела прожила полтора часа. Эксперимент запечатлен на видео и демонстрируется в документальном советском фильме 1940 года «Эксперименты по оживлению организма».

Трансплантация органов

Имя Владимира Петровича Демихова известно немногим. А между тем именно его можно назвать отцом мировой трансплантологии. Первую модель искусственного сердца Демихов сделал в 1934 году, на первом курсе биофака МГУ. Первую операцию по замене настоящего сердца на искусственное ученый провел на собаке в 1937 году. Пес прожил 2 часа.

В дальнейшем под скальпелем Демихова оказалось множество собак. Владимир Петрович впервые в истории совершил гетеротопическую пересадку сердца, пересадку легкого и одновременную пересадку сердца и легкого. Разработал и довел до ума лучшие методы соединения артерий при маммарно-коронарном шунтировании, тоже на собаках. Со временем эксперименты Демихова становились все более смелыми: в 1954 году он пришил к шее взрослой собаки голову и передние лапы щенка. Сохранилось видео, как двухголовый пес лакает молоко обеими мордами из двух мисок. Всего он создал 20 двухголовых собак.

Долго собаки с пересаженными органами не жили. Но в 1962 году появился рекордсмен, пес Гришка. С двумя сердцами он прожил четыре с небольшим месяца. Гулял бы Гришка и дальше, но на его пути встал пьяный плотник, который забрался в операционную в поисках спирта. Гришка облаял вора, а тот ударил собаку прямо в область пересаженного сердца.

Космические собаки

Другой широко известный случай использования собак во благо науки – освоение космоса. Именно собаки оказались идеальной моделью для изучения влияния на живой организм перегрузок, шумов, космического излучения, вибрации и других сложностей космического полета. Но нельзя сказать, что первым живым существом, запущенным человеком в космос, была собака. Их опередили мушки-дрозофилы 20 февраля 1947 года. Но вот первым позвоночным организмом за пределами Земли стала собака.

Псов для космической программы СССР отбирали на улицах: это должны были быть сильные, закаленные бойцы. К тому же история «из грязи в князи», точнее с мостовой в космос, как нельзя лучше подходила советской идеологии. 22 июля 1951 года СССР отправил в верхние слои атмосферы (на условную границу с космосом) двух собак с кличками Цыган и Дезик. Полет до приземления занял 20 минут, псы благополучно перенесли невесомость и перегрузки.

Эксперименты с собаками в баллистических ракетах продолжались, всего было совершено шесть таких запусков. Собак подбирали попарно, исходя из физических данных (не тяжелее 6 килограмм, не выше 35 сантиметров в холке) и индивидуальной психологической совместимости, а затем специально обучали. В последний полет на баллистических ракетах должны были отправиться собаки Непутевый и Рожок. Но в ночь пред стартом Рожок необъяснимым образом исчез из клетки. Исследователи решили поймать на улице подходящую по физическим параметрам собаку и запустить с Непутевым неподготовленного напарника. Такого пса удалось найти удивительно быстро: его приманили мясом около столовой, обрили, прикрепили датчики и посадили в ракету.

Назвали пса ЗИБ, что означало Запасной исчезнувшего Бобика. Но Королев на докладе расшифровал эту аббревиатуру иначе: Запасной исследователь без подготовки. Полет прошел успешно. Советская космонавтика могла переходить к следующему этапу: вывести живое существо на земную орбиту.

Такая честь выпала собаке Лайке, и она выполнила свой долг 3 ноября 1957 года. Программа полета не предполагала возвращения невредимой Лайки на Землю, но ее судьба оказалась совсем незавидной: во время запуска капсула с космонавтом перегрелась выше 40 градусов по Цельсию, и через 5-7 часов Лайка умерла от перегрева и стресса. Сам аппарат сгорел в атмосфере Земли через полгода после этого, 14 апреля 1958 года.

И, наконец, самые знаменитые собаки-космонавты: Белка и Стрелка. Они – первые создания, которые побывали на орбите и вернулись живыми. Полет состоялся 19 августа 1960 года на космическом аппарате Спутник-5. За время суточного полета собаки совершили 17 полных оборотов вокруг Земли.

Диагностика рака

Оказывается, собаки способны учуять онкологические заболевания: это доказали в 2010 году ученые из университета Кюсю (Япония), и в 2015 – из исследовательского центра Humanitas в Италии и США. После обучения (за верный «диагноз» собакам дают поощрение) псы способны распознавать рак кишечника, мочевого пузыря, легких, яичников, простаты, молочных желез и щитовидной железы с сопоставимой точностью. Их результат на 8-100% совпадает с результатами, полученными с применением современных диагностических методик.

Использовать собак для диагностики рака слишком дорого и проблематично. Ученые надеются с помощью собачьего нюха понять, какие именно запахи и в какой концентрации говорят о появлении онкологических заболеваний, а затем сконструировать аналогичный диагностический «электронный нос».

Жидкостное дыхание

Российский Фонд перспективных исследований начал испытывать на собаках технологию жидкостного дыхания. Это значит, что легкие собаки заполняют специальной насыщенной кислородом жидкостью. Фактически собака дышит водой, а специальный аппарат отводит углекислый газ и подает «газированную» жидкость. На выходе ожидается специальный скафандр для подводников, летчиков и космонавтов, в общем, всех, кто по долгу службы сталкивается с резким изменением высоты и атмосферного давления.

Пока собаки могут безопасно дышать жидкостью более 30 минут на глубине до 500 метров.

Виталий Давыдов, заместитель гендиректора ФПИ, говорит: «Все собаки-испытатели выжили и чувствуют себя после «погружения» и длительного жидкостного дыхания хорошо. Как правило, после испытаний сотрудники лаборатории забирают собак себе или отдают знакомым».

Генетика поведения

Собаки давно живут бок о бок с человеком и стали во многом на нас похожи. Собаки понимают не только интонацию, но и смысл слов, отличают настоящие слова от белиберды. Причем в этой деятельности у собак задействованы те же участки мозга, что и у человека. А это значит, что исследования генетического поведения любимых четвероногих можно иногда экстраполировать и на человека.

Например, мутации в пяти генах влияют на общительность или нелюдимость у собак. Четыре есть и у человека, и изменения в них связывают с нарушениями социального поведения: аутизмом, синдромом дефицита внимания, агрессивным поведением у подростков или шизофренией. Это позволяет авторов исследования предполагать, что регуляция поведения у многих видов млекопитающих вероятно имеет общую генетическую базу. А значит, можно тестировать методы генного воздействия на собаках, а затем создать подобные лекарства для человека.