Лягушки в науке: от открытий до глобальной угрозы для земноводных.

Введение

Обзорная статья

Лягушки использовались в экспериментах на животных на протяжении всей истории биомедицинской науки. Биолог XVIII века Луиджи Гальвани обнаружил связь между электричеством и нервной системой, изучая лягушек.

Тесты на беременность

Африканская когтевая лягушка, или платанна, Xenopus laevis, впервые получила широкое распространение в лабораторных исследованиях в качестве теста на беременность в первой половине XX века. При введении самке Xenopus laevis человеческого хорионического гонадотропина – гормона, содержащегося в больших количествах в моче беременных женщин – у неё стимулируется откладка яиц. В 1952 году Роберт Уильям Бриггс и Томас Джозеф Кинг клонировали лягушку методом пересадки ядра соматической клетки, той же техникой, которая впоследствии была использована для создания овцы Долли. Их эксперимент стал первым успешным случаем ядерной трансплантации у метазоанов. Неожиданным последствием использования Xenopus laevis для тестов на беременность стало, по всей видимости, широкое распространение серьезного заболевания земноводных. Xenopus laevis является переносчиком хитридийного гриба Batrachochytrium dendrobatidis, эндемика Южной Африки. Сам Xenopus laevis не проявляет симптомов носительства этого гриба, однако он смертелен для многих земноводных за пределами Южной Африки. Лягушки Xenopus laevis экспортировались по всему миру в больших количествах, начиная с 1930-х годов, для использования в тестах на беременность. В течение нескольких десятилетий популяции Xenopus laevis одичали во многих странах мира, а в 1970-х годах многие биологи, изучающие земноводных, стали отмечать необъяснимое сокращение популяций лягушек в Южной Америке, Центральной Америке и Австралии. Это сокращение распространялось по схеме, указывающей на инфекционное заболевание. Впоследствии это заболевание было идентифицировано как хитридиомикоз. Оно привело к исчезновению нескольких видов и считается одной из основных причин глобального сокращения популяций земноводных. Недавно хитридийный гриб достиг Северной Америки. В 2004 году Уэлдон и соавторы установили, что Xenopus laevis и тест на беременность, вероятно, являются источником этого глобального бедствия. Лягушки используются в исследованиях по клонированию и других областях эмбриологии, поскольку они являются одними из ближайших живых родственников человека, не имеющих яичных оболочек, характерных для большинства других позвоночных, что облегчает наблюдение за ранним развитием. Несмотря на разработку альтернативных тестов на беременность, биологи продолжают использовать Xenopus в качестве модельного организма в биологии развития, поскольку его легко содержать в неволе и он имеет крупный, легко манипулируемый эмбрион. В последнее время Xenopus laevis все чаще заменяется его меньшим родственником Xenopus tropicalis, который достигает репродуктивной зрелости через пять месяцев, а не через один-два года (как Xenopus laevis), что ускоряет исследования на протяжении нескольких поколений. Секвенирование генома Xenopus tropicalis планировалось завершить к 2015 году.

The African clawed frog or platanna, Xenopus laevis, was first widely used in laboratories in pregnancy assays in the first half of the 20th century. When human chorionic gonadotropin, a hormone found in substantial quantities in the urine of pregnant women, is injected into a female X. laevis, it induces them to lay eggs. In 1952 Robert William Briggs and Thomas Joseph King cloned a frog by somatic cell nuclear transfer, the same technique that was later used to create Dolly the Sheep, their experiment was the first time successful nuclear transplantation had been accomplished in metazoans. An unexpected consequence of the use of Xenopus laevis for pregnancy tests was apparently the widespread release of a serious amphibian disease. X. laevis carries a chytrid fungus known as Batrachochytrium dendrobatidis, native to South Africa. X. laevis itself does not show symptoms from carrying this fungus, but the fungus is deadly to many amphibians outside South Africa. Xenopus laevis frogs were exported around the world in large quantities beginning in the 1930s for use in the pregnancy test. Within a few decades, escaped populations of X. laevis were living in many countries of the world, and in the 1970s, many amphibian biologists began noting mysterious declines in frog populations in South America, Central America and Australia, the declines spreading in a pattern that suggested an infectious disease. The disease has since been identified as chytridiomycosis. It has caused several species extinctions and is thought to be a major cause of the worldwide decline in amphibian populations. The chytrid fungus has recently reached North America. In 2004, Weldon et al. identified Xenopus laevis and the pregnancy test as the likely source of this worldwide calamity. Frogs are used in cloning research and other branches of embryology because frogs are among the closest living relatives of man to lack egg shells characteristic of most other vertebrates, and therefore facilitate observations of early development. Although alternative pregnancy assays have been developed, biologists continue to use Xenopus as a model organism in developmental biology because it is easy to raise in captivity and has a large and easily manipulated embryo. Recently, X. laevis is increasingly being displaced by its smaller relative Xenopus tropicalis, which reaches its reproductive age in five months rather than one to two years (as in X. laevis), facilitating faster studies across generations. The genome sequence of X. tropicalis was scheduled to be completed by 2015 at the latest.

Дисекция

Лягушки широко используются в школьных диссекциях и учебных упражнениях.