Громадная мышь и мизерный слон

Алёна Лесняк
«Кот Шрёдингера» №7–8, 2017

В привычном мире слон больше крысы, мыши или мухи... «Да, кэп!» — скажете вы. Но давайте представим, какими могут быть эти животные, если вместо массы, длины тела, высоты в холке и прочих скучных приземлённых параметров взять за основу количество упоминаний в научных статьях. Навскидку можно спрогнозировать, что слон сдуется до размеров букашки, а крысы и мыши предстанут титанами. Дабы подкрепить эти предположения надёжной эмпирической базой, «Кот Шрёдингера» с командой программистов UTV из МФТИ закопался в большие данные и на основе компьютерного анализа свыше девяти миллионов исследовательских публикаций выяснил, каких животных можно считать настоящими гигантами науки, а каких мизерными и неприметными аутсайдерами.

Для сравнения мы выбрали 15 животных, о которых пишут учёные. Получилась вот такая компания: мышь, кальмар, крыса, шимпанзе, слон, дрозофила, кит, гадюка, комар, медведь, курица, лягушка, аквариумная рыбка, собака и, конечно же, кот... или кошка — кому как больше нравится.

Тут есть некоторое смешение таксономических категорий. К примеру, шимпанзе — это род животных, к которому относятся два вида; слоновые — это семейство, которое представлено двумя видами и несколькими подвидами; а вот аквариумная рыбка у нас именно вида Zebrafish. Почему? Это позволяет проанализировать данные без статистически значимой погрешности. Проще говоря, слон — он ведь и в Африке, и в Индии слон, и серьёзных физиологических различий между этими двумя видами нет. Но попробуйте сравнить рыбку Zebrafish с какими-нибудь другими представителями семейства карповых — замучаетесь перечислять отличия и находить сходства.

Ещё в наш шорт-лист не вошли редкие виды животных вроде сумчатой мыши Свенсона, которая живёт только в Австралии. Наверняка биологи изучают и её (вообще, нам и не снилось такое разнообразие животных, которых они исследуют). Однако в сравнении с обычной лабораторной мышью сумчатая, пожалуй, оказалась бы в весовой категории бесплотных призраков.

Также мы не взяли в расчёт некоторых достаточно популярных в науке животных, например нематод или муравьёв. Это исключительно из соображений экономии места в журнале, а не для того, чтобы оскорбить чувства любителей червяков и муравьёв (о них мы ещё обязательно напишем).

Итак, когда список из 15 животных был составлен, ребята из UTV взялись за поиск данных. Их программа перебрала 9 115 426 статей из авторитетных международных научных журналов (Science, Nature, AIDS, Molecular Cell, Neuroscience, The Journal of Comparative Neurology, The Journal of Heredity, International Journal of Ecology & Development и многих-многих других) за период с 1900 по 2017 год и отобрала из этого массива 511 288 публикаций.

Животных мы искали в основном в статьях по биологии и медицине (молекулярной биологии, биофизике и биохимии, нейробиологии и нейрофизиологии, генетике, этологии, физиологии, экологии, иммунологии, паразитологии, токсикологии, эмбриологии, вирусологии) — это важное ограничение, ведь какой-нибудь кот мог бы пробраться и в область квантовой физики.

Дальше все подходящие по смыслу статьи были сгруппированы по количеству упоминаний каждого из 15 животных. Потом число упоминаний конвертировалось в размеры существа — и вот перед нами гигантская лабораторная мышь, которая в 60,7 раза больше слона, а рядом ещё более внушительная крыса, превосходящая хоботного в 102,5 раза.

Взлёты и падения. О чём говорят кривые

Графики иллюстрируют, как возрастало и снижалось количество публикаций с упоминанием 15 отобранных нами животных за 116 лет (с 1900 по 2016 год). По этим взлётам и падениям кривых можно делать лишь общие выводы о развитии биомедицины.

График 1: с крысой, мышью и дрозофилой ситуация любопытная. Хотя в выборке из 15 животных крыса — однозначный лидер по количеству упоминаний в научных публикациях, в последние годы она начинает уступать место лабораторной мыши. И если провести такой же анализ лет через пять, мышь наверняка будет далеко впереди. В чём причина? Самое очевидное: мыши удобнее. На них, как и на крысах, можно моделировать аутизм, гипертонию, эпилепсию, диабет и прочие заболевания, но главное, пожалуй, в том, что для проведения фармакологических исследований мышам нужны гораздо меньшие дозы вещества. Ещё их проще содержать, да и размножаются они быстрее. Но в некоторых специфических экспериментах — например, по изучению влияния стресса или радиации на организм — крысы останутся вне конкуренции, так как они гораздо выносливее прочих грызунов.

С дрозофилой всё просто: без работы не останется, всегда будет востребована у генетиков. Эта муха — идеал практичности: маленькая, быстро плодится, вдобавок около 60% нарушений, встречающихся в её геноме, имеют сходство с генетическими проблемами человека, которые могут быть причиной онкологических заболеваний, диабета, болезни Альцгеймера.

Также график показывает, что количество упоминаний крыс и мышей в последние годы немного снизилось. Возможно, потому что этих грызунов сейчас реже используют на начальных этапах доклинических испытаний, в исследованиях по выявлению молекулярно-генетической основы заболеваний, заменяя культурами клеток, искусственно выращенными тканями.

График 2: начавшийся в 1990-е резкий рост популярности аквариумной рыбки Zebrafish — ключевого модельного организма в биологии эмбрионального развития — говорит об увеличении числа исследований не только в этой специфической научной области. Примерно тогда же Zebrafish стали массово использовать в токсикологии, генетике, биохимии. Отчасти это связано с повышением статуса биоэтических норм, которые требуют по возможности заменять высокоорганизованных животных (обезьян, собак, кошек, крыс) менее развитыми организмами — аквариумными рыбками, насекомыми, микробами, а также культурами клеток или компьютерными моделями.

Кроме того, Zebrafish маленькая, что позволяет держать много особей в небольших аквариумах; быстро размножается; её эмбрионы живучие, довольно крупные, прозрачные, что очень удобно для всевозможных манипуляций.

С курицами и лягушками, обозначенными на этом же графике, каких-то особых потрясений и скачков не наблюдается. Однако если перебрать статьи, в которых чаще всего появляются эти животные, можно отметить, что большая доля публикаций приходится на исследования в области генетики, которая на рубеже прошлого и нынешнего веков набирала обороты. Ещё из графика видно, что для генетиков курица всё-таки милее лягушки: скорее всего, на курином потомстве удобнее отслеживать разнообразие генетических мутаций.

Из графика 3 видно, что исследования на кошках и собаках развиваются почти синхронно. В 1960–1980-е годы эти звери были популярны у физиологов, нейрофизиологов, генетиков, этологов. И, кроме того, принимали активное участие в экспериментах, связанных с полётами в космос. В 1990-е во многих странах были приняты законы, запрещающие проводить опыты в области физиологии и фармакологии на собаках и кошках. Поэтому в XXI веке большинство публикаций, в которых они появляются, посвящены изучению поведения.

С комаром ситуация очевидная: в конце прошлого века их активно изучали в связи с тропической малярией, а в последние годы — из-за крупнейшей вспышки лихорадки Зика, которая в 2015 году начала распространяться по странам Центральной и Южной Америки, а к 2016 году, по официальным данным, поразила жителей 33 государств.

Кальмар, слон и кит на графике 4 — скучная компания. В авторитетных журналах о них пишут так мало, что заметить какие-то статистически значимые изменения просто нереально. Большинство статей, которые были найдены по этим животным, относятся к этологии и экологическим исследованиям. Всё-таки это не самые удобные организмы для лабораторных опытов: слишком крупные, да и для комфортной жизни им требуются специфические условия.

Хотя ткани кальмара и других моллюсков всё чаще востребованы в исследованиях токсичности веществ. Этические запреты таких опытов распространяются только на позвоночных животных.

График 5 интересен не числом упоминаний животных (у этой троицы показатели ещё ниже, чем в предыдущем случае), а скорее составом: медведь, шимпанзе, гадюка. Гадюка — самое непопулярное существо в нашем шорт-листе: она интересна лишь узким специалистам, изучающим биохимические свойства естественных токсинов. Медведи тоже аутсайдеры, прежде всего из-за своих габаритов и агрессивности — ими интересуются в основном этологи и горстка исследователей физиологии животных, впадающих в спячку.

А что же с шимпанзе? Казалось бы, идеальный модельный организм, схожий с человеческим... Первый, пусть не слишком выразительный, но всё-таки взлёт количества упоминаний шимпанзе приходится на 1960–1970-е годы. Обезьянами активно занимались физиологи, этологи; их использовали в экспериментах по имитации невесомости и других опытах, связанных с космосом. В рамках американской космической программы «Меркурий» (1961 год) два самца шимпанзе побывали за пределами Земли и успешно вернулись домой — это были первые шимпанзе-астронавты. Следующий пик интереса к приматам приходится на 1990-е годы. За несколько лет до этого впервые были описаны СПИД и ВИЧ — начались бурные исследования, в ходе которых учёные обнаружили, что у шимпанзе встречается аналогичный вирус иммунодефицита. В настоящее время западные страны отказываются от проведения на человекообразных обезьянах инвазивных опытов (связанных с операциями, введением в организм веществ или забором крови и тканей).

Переходя от частного к общему, можно сделать любопытное наблюдение: в 2008–2009 годах резко выросло число публикаций почти обо всех животных из нашей выборки (заметнее всего подскочили показатели собак с кошками — вероятно, в связи с тем, что в некоторых экспериментах их стали использовать вместо приматов). Точную причину назвать сложно, но возможна корреляция с общим увеличением количества исследований в период экономического подъёма 2002–2007 годов. Статьи по итогам этих исследований вышли как раз в разгар кризиса.

@funscience to be continued...