Таким чином, генетика поведінки – це інтегрований напрямок науки, предметом якого є вивчення онтогенезу широкого класу біологічних функцій організму, які називають «поведінкою».

У своєму розвитку генетика поведінки виявилась пов’язаною з такими науками як нейрофізіологія, ендокринологія, психіатрія, біохімія, антропологія, селекція, еволюційна біологія та багатьма іншими науками, фактично згуртувавши всі ці науки навколо своєї проблематики.

Основною метою генетики поведінки є з’ясування ролі генетичних факторів у визначенні особливостей поведінки. Досягнення цієї мети пов’язане з вирішенням низки завдань:

ü Визначення відносної ролі та взаємодії генетичних факторів і факторів середовища при формуванні поведінки у онтогенезі;

ü Вивчення успадкування стереотипних форм адаптивної поведінки;

ü Дослідження механізмів дії генів, які визначають розвиток нервової системи;

ü Дослідження механізмів реалізації дії мутантних генів, що змінюють функції ЦНС;

ü Вивчення генетико-популяційних механізмів формування поведінки та її змін у процесі мікроеволюції.

Важливою проблемою генетики поведінки стало з’ясування відносного внеску спадковості та впливу навколишнього середовища у формування поведінкового фенотипу. Генетики погоджувались з тим, що будь-яка форма поведінки є генетично детермінованою нормою реакції на середовище. Але для них важливо було визначити відносний внесок генетичних факторів та факторів середовища у розвиток різних форм поведінки.

Було виявлено, що у різних умовах навколишнього середовища можуть виникати різні поведінкові ефекти, оскільки під впливом середовища генетичні відмінності можуть не тільки змінюватись, але й цілком пригнічуватись. Хоча генотип тварини лишається постійним упродовж життя, її поведінкові ознаки можуть суттєво змінюватись у онтогенезі. Імовірно також, що відносний внесок генотипу до індивідуальних відмінностей може змінюватись у процесі розвитку організму. Змінюється він і в процесі еволюційного розвитку. Будучи жорстко генетично детермінованою у просто організованих тварин, поведінка, у міру просування організмів по щаблях еволюційного розвитку, поступово звільняється від «диктату окремих генів», набуває більшої пластичності, залежності від навколишнього середовища, що забезпечує адаптаційні можливості виду в умовах, які постійно коливаються і змінюються. Це не означає, що спадковість втрачає контроль над поведінкою, але форми цього контролю істотно змінюються, забезпечуючи еволюційні вигоди для виду в цілому.

Треба зауважити, що термін «середовище» в генетиці поведінки включає в себе безліч факторів, які впливають на всіх рівнях організації живого: молекулярному, клітинному, тканинному, організмовому, надорганізмовому.

До основних напрямків вивчення генетики поведінки відносяться:

ü Вивчення детермінації онтогенезу поведінки та генетичної детермінації поведінкових реакцій на рівні цілого організму;

ü Вивчення кореляцій між деякими біохімічними та поведінковими фенотипами, виявлення фізіологічних та біохімічних каналів, через які реалізується генетична інформація на рівні поведінки;

ü Вивчення ролі поведінки у мікроеволюційних процесах, а також еволюційної модифікації самої поведінки;

ü Вивчення механізмів еволюційно-генетичних перетворень свійських тварин, а також аналіз кореляційних зв’язків між тими чи іншими властивостями поведінки свійських тварин та показниками продуктивності;

ü Вивчення генетичних закономірностей, що обумовлюють поліморфізм спадкових захворювань нервової системи.

Існують також інші напрямки. У сучасній генетиці поведінки лідирує напрямок, що отримав назву «нейрогенетика».

Важливою є нейрогенетика – дисципліна, що розвинулась на стику генетики, нейробіології та біології розвитку. Це розділ генетики поведінки предметом якого є вивчення спадкових механізмів діяльності нервової системи.

Нейрогенетика вивчає експресію генів у зв’язку з пластичністю поведінки; займається скринінгом та позиційним клонуванням мутацій, що впливають на поведінку та функції мозку; здійснює молекулярно-генетичний аналіз когнітивних процесів; вивчає морфо генетичні, молекулярні та фізіологічні механізми розвитку і функціонування нервової системи та особливості формування нервових мереж у онтогенезі. Для цього вчені використовують молекулярно-біологічні, біохімічні, фізіологічні та морфологічні методи.

Нейрогенетики досліджують різноманітні живі об’єкти: ссавців та комах, молюсків, амфібій та інших. Але перевагу віддають найбільш вивченим з точки зору генетики тваринам таким як, наприклад, дрозофіла (Рис. 1. А.) та миша (Рис. 1.). Останнім часом широко використовуються також об’єкти, що швидко розмножуються – черв’як Caenorhabditis (Рис. 2.) та акваріумна рибка Даніо (Zebrafish) (Рис. 3.).

Рис. 1. А. Drosophila melanogaster

Рис. 1. Миша. Mus musculus

Рис. 2. Нематода Caenorhabditis elegans

Рис. 3. Zebrafish Danio rerio

 

Генетичні дослідження поведінки та нейрофізіологічних процесів проводяться з використанням двох підходів:

ü Підхід «від гена до поведінки» припускає дослідження функції гена на молекулярному та фізіологічному рівнях з подальшим аналізом впливу цього гена на поведінку;

ü Підхід «від поведінки до гена» направлений на вивчення генетичної компоненти мінливості поведінки з подальшим аналізом окремих хромосом, генних комплексів та окремих генів.

Підхід «від гена до поведінки» реалізується шляхом вивчення генів, що кодують ферменти та структурні білки, які визначають загальні та специфічні ознаки нервових клітин та клітин нейроглії. Вивчають також гени, що кодують білки, які пов’язані з функцією ЦНС як цілого. Досліджують вплив окремих локусів, що детермінують взаємодію мозку з ендокринною системою, а також генів, що беруть участь у синтезі речовин хімічної сигналізації і генів, які детермінують специфіку поведінки безхребетних тварин, особливо комах.

Підхід «від поведінки до гена» припускає використання інших експериментальних методів, що відрізняються від тих, які використовуються для аналізу роботи окремих генів. У таких дослідженнях важливим є вибір адекватної ознаки для аналізу та дотримання правил генетичного аналізу поведінки. Потрібна ознака, що представляє собою природну «одиницю» тієї чи іншої форми поведінки. Успішний пошук такої ознаки пов'язаний з нейрофізіологічними засадами поведінки.

Увагу дослідників привертали різні ознаки різних видів тварин: схильність до судом, загально збудливість, локомоторна активність, орієнтовно-дослідницькі реакції, різні аспекти репродуктивної поведінки, класичні та інструментальні умовні реакції, реактивність до фармакологічних речовин.

Для дослідження ролі генотипу у формуванні поведінки вчені частіше обирали або ті ознаки, що легко піддаються кількісному обліку (наприклад, чіткі видоспецифічні рухи), або ті ознаки, які легко можна виміряти за ступенем виразності (наприклад, рівень локомоторної активності, що вимірюється довжиною шляху, який пройшла тварина, за фіксований час).

Додаткові труднощі при проведенні генетичних досліджень викликало те, що багато ознак поведінки вельми істотно залежать від ряду зовнішніх, по відношенню до нервової системи, факторів, наприклад від сезону, гормонального фону організму, тощо. Крім того, якщо в експеримент беруться не клони, то завжди присутній ще й генетичний компонент мінливості ознак поведінки. Багато з цих ознак можуть варіювати, виявляючи фенотипову мінливість у межах норми реакції, розмах якої визначається генотипом.

Для поведінкових ознак характерна ще одна, специфічна, форма мінливості - це мінливість ознак поведінки тварин, яка пов'язана з впливом індивідуального досвіду, тобто з різними формами навчання, формуванням уявлень і т.д.

Генетика поведінки використовує найрізноманітніші методи дослідження: генетичні, молекулярно-біологічні, цитологічні, гістологічні, біохімічні, фізіологічні, морфологічні та інші методи суміжних наук. Основною групою методів, безумовно, є генетичні.

Методи вивчення генетики поведінки удосконалювалися з розвитком математичних прийомів для оцінки кількісних ознак. Саме кількісна природа багатьох поведінкових ознак дозволяє широко використовувати в генетиці поведінки класичні методи кількісної генетики та селекції. Наприклад, аналіз фенотипової варіанси, розкладання її на паратиповий і генотиповий компоненти; розкладання генотипової компоненти на складову, що фіксується (обумовлену адитивною взаємодією), і складову, що не фіксується (залежну від домінування або епістатічної взаємодії).

Однак застосування методів кількісної генетики для аналізу поведінки пов'язане зі значними труднощами, оскільки багато поведінкових ознак не піддаються кількісній оцінці.

Класичний гібридологічний аналіз у генетиці поведінки застосовується обмежено, а ось його модифікація – диалельні схрещування - знайшла дуже широке застосування. Цей метод дозволяє аналізувати результати системи множинних схрещувань між собою кількох ліній тварин. Сутність методу полягає в оцінці середніх величин ознаки та їх дисперсії у тварин декількох (мінімум трьох) інбредних ліній, а також гібридів усіх можливих поєднань. Результатом використання даного методу є отримання величин компонентів дисперсії і величин, що характеризують рівні коваріації ознак у різних генетичних груп.

Окрім даних щодо характеру генетичної мінливості ознаки поведінки, результати диалельних схрещувань іноді дозволяють отримати інформацію, суттєву для розуміння фізіологічних процесів, що лежать в основі прояву цієї ознаки.

Вивчення генетики поведінки об'єктів, спеціальна генетика яких добре вивчена, дає можливість проведення подальших етапів генетичного аналізу: розкладання генетичної мінливості на компоненти, що залежать від внеску окремих груп зчеплення.

Генетика поведінки використовує також селекційні методи. Перші селекційні експерименти були присвячені дослідженню здатності щурів до навчання в лабіринті. Сучасні вчені здійснюють селекцію за багатьма ознаками поведінки: це рухова активність, рівень емоційної реактивності, статева поведінка, алкоголь-залежна поведінка, та інші.

Основні результати селекційних експериментів полягають у створенні контрастних за особливостями поведінки ліній тварин. Наявність таких ліній має особливу цінність у генетичних дослідженнях поведінки, оскільки, з одного боку, дозволяє направлено комбінувати зафіксовані шляхом відбору генотипи, а з іншого - дає можливість застосовувати перехресне виховання і оцінювати постнатальні материнські ефекти.

Однак при доборі за складними ознаками поведінки, у реалізації яких беруть участь різні фізіологічні системи (сенсорні, асоціативні, ефекторні), селекційний метод виявляється недостатнім.

Широко вживаною моделлю в генетиці поведінки тварин є створення інбредних ліній. Інбредні лінії представляють собою популяції практично ідентичних генетично особин, отримані шляхом схрещування повних братів і сестер у низці поколінь. Останнім часом дослідники навчилися отримувати інбредні лінії шляхом клонування.

Генетики вивчають генетично ідентичні лінії в різних умовах. Оскільки всі особини інбредної лінії вважаються генетично однаковими, відмінності, що спостерігаються в їх поведінці, можуть бути обумовлені пренатальними або постнатальними факторами навколишнього середовища.

Інформація, яку можна отримати в результаті простого порівняння інбредних ліній, що відрізняються особливостями поведінки, досить суперечлива. Тому вчені зайняті пошуком кореляційних зв’язків між поведінковими ознаками та нейрофізіологічними та біохімічними ознаками.

Сучасний етап розвитку науки збагатив генетику поведінки такими методами як метод рекомбінантних інбредних ліній (РІЛ) та метод порівняння характеру розподілів значень різних ознак у групі РІЛ (strain distribution pattern), метод QTL (quantitative trait loci) аналізу, методи створення та дослідження мозаїчних та химерних тварин, методи створення трансгенних організмів і тварин-нокаутів.

Метод рекомбінантних інбредних ліній у ряді випадків дозволяє виявити невелике число «головних» генів, що забезпечують найбільший внесок у мінливість даної полігенної ознаки, а також надати інформацію про їх локалізацію в хромосомі.

Активний розвиток молекулярно-біологічних методів і накопичення даних, отриманих з їх допомогою, дозволило істотно вдосконалити метод РІЛ і успішно проводити картування локусів кількісних ознак (QTL аналіз).

Ще однією технологією, яка суттєво підвищила ефективність аналізу ознак зі складним характером успадкування, є аналіз мікрочіпів (microarray analysis), метод, який дозволяє досліджувати тисячі генів одночасно. Використання цього методу передбачає екстрагування тотальної геномної ДНК організму. Екстракт наноситься на певні ділянки чіпу, попередньо витриманого в розчині, що містить мічені флуоресцентною міткою молекули РНК, які експресуються в певних типах клітин. Якщо певний ген експресується в клітинах, з яких було отримано тотальну ДНК, молекули РНК з розчину комплементарно з ним зв'язуються (гібридизуються), що призводить до свічення відповідного сегмента. Чим сильніша експресія гена, тим яскравіша флуоресценція.

Використовуються в генетиці поведінки і мутаційні моделі, оскільки оперуючи одним геном, дослідник має більше можливостей для з'ясування механізмів впливу цього гена на ознаки поведінки. При цьому використовують кілька підходів. Один з них - це вивчення поведінкових ефектів вже відомих мутацій, наприклад тих, для яких вже з'ясований біохімічний механізм прояву, наприклад, блокування активності певних ферментів. Другий підхід передбачає дослідження відомих, або виділення нових, нейрологічних мутацій.

Зростання інтересу до еволюційної та популяційної генетики поведінки, стимулювало посилення тенденції використання у дослідах диких тварин. У подібних дослідженнях вивчають відмінності поведінки, що виникли в результаті біологічної спеціалізації близьких видів тварин або внутрішньовидової дивергенції, і використовують методи еволюційної та популяційної генетики.

Цікаві результати були отримані при вивченні генетики поведінки з використанням методу нокаутів (knockout study). Цей метод добре розроблений для застосування на мишах, але для більш великих ссавців він розроблений слабо, і зовсім не може бути застосований у дослідженнях ознак людини. Метод нокаутів передбачає інактивацію конкретного гена в стовбурових клітинах. Ці клітини потім поміщають в ембріон, який імплантують у матку самиці. Гамети особин, які народилися, перевіряють на наявність вимкненого гена. І тих, які його мають, використовують у подальшій селекції для отримання лінії мишей-нокаутів, тобто лінії всі тварини в якій мають брак конкретного гена. Поведінку цих тварин порівнюють з інтактними. Якщо поведінка відрізняється, роблять висновок про те, що досліджуваний ген впливає на дану поведінкову реакцію.

За допомогою методу нокаутів можна вставляти або інактивувати навіть невеликі сегменти ДНК, для визначення функції складових частин гена. Дослідники також можуть пересувати ген з однієї точки геному в іншу, щоб зрозуміти, яким чином місце розташування гена впливає на його експресію.

Серед поведінкових ознак миші, вивчених методом нокаутів – рухова активність, дослідницька поведінка, здатність до навчання і пам'ять, соціальні взаємодії і стрес-відповідь.

Для аналізу поведінкових ознак людини активно і успішно використовуються класичні методи генетики людини: сімейний (генеалогічний) аналіз, метод близнюків, метод прийомних дітей, аналіз зчеплення, аналіз асоціацій.

Незважаючи на різноманітність методів, історично склались всього декілька підходів, що використовуються у генетиці поведінки та при аналізі успадкування поведінкових ознак.

Перший підхід полягає у визначенні поведінкових розходжень між різними лініями того ж самого виду або між тісно спорідненими видами.

Другий підхід пов'язаний з селекцією тварин за певними ознаками поведінки.

Третій підхід передбачає вивчення впливу окремих генів на поведінку.