Приручение. 10 биологических видов, изменивших мир

Робертс Элис

Лишь недавно ученым удалось выявить некоторые гены, которые могут вызывать такое разнообразие изменений, и они пытаются понять, как данный процесс происходит на молекулярном уровне. Генетики поставили перед собой цель обнаружить в геноме собаки особые участки, специфические фрагменты ДНК, сохраняющие следы влияния селекции. Это непростая задача. Запутанная история популяций домашних собак – миграции, вымирание отдельных популяций, скрещивание с другими видами или генетическая изоляция – осложняют работу исследователей. Тем не менее некоторые фрагменты генома значительно отличаются от остальных; в восьми из двадцати наиболее хорошо изученных участков содержатся гены, определяющие важные неврологические функции. Ученые уже установили, что один из них влияет на социальное поведение и окрас животного. Этот ген кодирует сигнальный белок агути (Agouti Signalling Protein gene, ASIP).

Данный белок переключает меланоциты – продуцирующие пигмент клетки, содержащиеся в волосяных фолликулах, – на выделение более бледной формы пигмента меланина, а это как раз определяет интенсивность окраски меха на отдельных участках. Помимо этого, белок агути также оказывает воздействие на метаболизм жиров, а исследования на мышах показали, что он влияет на агрессивность животного. На примере одного этого гена становится прекрасно видно, как искусственный отбор определенных особенностей поведения может привести к побочным изменениям пигментации и метаболических процессов. Однако некоторые признаки, которые наследуются вместе, могут кодироваться разными генами, расположенными в хромосомах в непосредственной близости друг к другу. Строгий положительный отбор особей с особым признаком, особым геном, часто означает, что соседние с ним гены идут в комплекте.

Идея о том, что различные признаки могут быть как-то связаны между собой и наследоваться вместе, существовала достаточно давно, еще до появления самой генетики. Это явление носит название плейотропии (от греч. «множество характеристик»); термин был введен в начале XIX века. В «Происхождении видов» Дарвин писал: «…отбирая и тем самым усиливая какую-нибудь особенность, почти, наверное, неумышленно модифицирует и другие части организма на основании таинственных законов корреляции». Сегодня эти законы уже не кажутся нам такими загадочными, ведь мы знаем, что различные признаки связаны как генетически, так и процессом развития. Более того, по крайней мере в некоторых случаях ученым известна точная причина корреляции, например как в случае сигнального белка агути и его множественных эффектов в организме. Когда селекция постоянно сводит вместе определенные наборы генов, плейотропией в сочетании с концепцией дестабилизирующего отбора в основном можно объяснить, почему у собак наблюдается большая изменчивость, чем у волков, несмотря на то что генетически эти два вида очень похожи. Новые мутации могут вызывать множественные – плейотропные – эффекты, затрагивающие целый ряд особенностей организма. А в некоторых случаях, вероятно, чтобы запустить процесс, даже не требуется очередная мутация – достаточно создать нетипичную для живой природы комбинацию наборов генов. Это собьет программу развития и приведет к появлению новых, любопытных разновидностей. Вполне вероятно, что даже среди первых собак, задолго до появления современных пород, наблюдалась большая изменчивость, точно так же, как и среди одомашненных серебристо-черных лисиц.

Возможно, первоначальное приручение волков прошло не так быстро, как одомашнивание диких серебристо-черных лисиц, завершившееся всего за полвека, но все же достаточно быстро. При этом практически все новые теории относительно лежащего в основе приручения молекулярного механизма ссылаются на плейотропию. Каскадный дестабилизирующий эффект определенных генетических вариаций, изначально отобранных по принципу их влияния на послушание и реакцию животных, мог приводить к широкому и, вероятно, быстрому распространению изменений на уровне анатомии, физиологии и особенностей поведения. Таким образом, этот сложный и невероятный переход от дикого животного к ручному внезапно представляется значительно более простым и возможным. Может быть, имело место огромное множество случаев превращения волков в собак или почти собак, даже если нам удается обнаружить генетические следы всего лишь одного-двух опытов по приручению, приведших к появлению существующих по сей день разновидностей.

Резкое похолодание во время последнего ледникового максимума, примерно 21 000-17 000 лет назад, серьезно повлияло на фауну Евразии. Всю Европу накрыл ледник, в Сибири было очень холодно и сухо. Многие разновидности, а порой и целые виды животных вымерли. Вполне можно предположить, что эта экологическая катастрофа привела к резкому сокращению числа экспериментов по доместикации волков. А по мере приближения ледникового максимума наличие объедков на границах людских поселений могло быть серьезной приманкой для некоторых волчьих стай.

Все, включая людей, страдали от холода. Пусть некоторые разновидности древних собак и вымерли, ученые утверждают, что собаки могли сыграть решающую роль для выживания охотников-собирателей на пике последнего ледникового периода. Возможно, здесь кроется разгадка того, как современный человек пережил последний ледниковый максимум, погубивший неандертальцев? Это очень хорошее и привлекательное объяснение, но я его побаиваюсь. Мне кажется, это слишком просто. История –

сложная штука, и, выдвигая гипотезы, человек должен быть осторожен с утверждениями, особенно когда невозможно проверить идеи на практике. Тем не менее нет оснований сомневаться в том, что собаки помогли выжить и добиться успеха отдельным племенам охотников-собирателей.

По всей Европе находят окаменелые останки домашних собак, живших после ледникового периода. Так, кости возрастом около 8000 лет обнаруживают в раскопках от запада Европы до востока Азии. Как уже упоминалось, данные последних генетических исследований древних и современных собак указывают на единый источник их происхождения, поэтому маловероятно, что все собаки эпохи голоцена происходили от местных популяций волков и были одомашнены независимо друг от друга. Вместо этого логично предположить, что собаки пришли вместе с переселявшимися людьми или привозились местными племенами издалека.

Доисторические собаки все еще очень походили на волков, по крайней мере судя по их скелетам. Но уже тогда, если основываться на результатах эксперимента с ручными русскими лисицами, видимо, появилось разнообразие окраса, закрутился баранкой хвост, повисли уши. Анализируя останки возрастом 8000 лет, найденные при раскопках в датском Свердборге, ученые установили, что в те времена существовали три типа собак разных размеров. Получается, уже тогда, на раннем этапе, наблюдалась некоторая дивергенция, возможно предшествовавшая последующему разделению на породы. Возможно, доисторический человек уже пытался вывести собак с определенными характеристиками: например, собак для охраны и пастушьих собак, собак, способных идти по следу или даже тянуть сани.

Разделение на породы

Когда появилось и распространилось земледелие, собаки стали еще более популярны. По мере изменения пищевых предпочтений человека менялись и вкусы собак. Первые собаки были мясоедами, хотя, как утверждает одно исследование, они ели мясо, отличное от пищи своих братьев-волков. Исследование костей возрастом 30 000 лет, найденных в Пршедмости, в Чехии, показало, что псовые, предполагаемые собаки эпохи палеолита, питались мясом оленей и овцебыка, в то время как волки охотились на лошадей и мамонтов. Как только люди занялись земледелием, меню собак значительно изменилось. Скорее всего, деревенским собакам было чем поживиться среди отбросов, оставляемых теперь оседлыми людскими сообществами.

У большинства современных собак в организме содержится множество копий гена, кодирующего амилазу – фермент для переваривания крахмала. Чем больше копий этого гена у животного, тем больше амилазы производит его поджелудочная железа: полезное свойство для того, кто ищет пропитание на деревенской помойке или подъедает остатки с человеческого стола. Со временем собаки становились менее плотоядными и более травоядными, как и их человеческие друзья. Но у современных собак количество копий гена амилазы сильно варьируется. В большинстве случаев данное различие связано с породой собак. На это есть несколько причин. Установив, что такая изменчивость не случайна, ученые задались вопросом: а не связана ли она с филогенезом – «семейной историей» собачьих пород? Однако эта теория не подтвердилась. Далее исследователи предположили, что скрещивание с волками могло привести к снижению числа копий гена амилазы у некоторых пород, но и на этот раз не смогли дать четкого объяснения. Остается полагать, что количество копий гена амилазы отражает различия в пищевых предпочтениях древних собак.

Анализ изотопов углерода и азота в образцах костей древних собак раскрыл исследователям рацион доисторических животных и продемонстрировал его разнообразие. Известно, например, что около 9000 лет назад в Китае 65–90 % рациона собак составляло просо. При этом 3000 лет назад на корейском побережье они поедали морских млекопитающих и рыбу. В различных местах собаки сталкивались с теми или иными сложностями поиска пищи. Со временем соответственно у них менялся набор генов.

Подобные изменения генома, приводящие к повышению числа копий определенного гена, происходят из-за ошибок в ходе мейоза – особого процесса клеточного деления, в результате которого образуются яйцеклетки и сперматозоиды (в них содержится одинарный набор хромосом, в отличие от других клеток организма, в которых заключен двойной набор хромосом). Во время мейоза хромосомы объединяются в пары, а затем в каждой паре происходит обмен участками ДНК (кроссинговер). Ошибки, возникающие при кроссинговере, могут привести к дупликациям гена в одной хромосоме. Если такая ошибка происходит, то увеличивается вероятность ее повторения в следующем поколении, также в процессе мейоза, при формировании яйцеклеток или сперматозоидов. Присутствие двух копий гена в одной хромосоме и одного гена в другой повышает вероятность ошибочного спаривания хромосом и дупликации гена. Таким образом, эта ошибка приводит к увеличению числа копий конкретного гена, и если вызванное изменение оказывается полезным, то в отношении такого изменения будет действовать положительный отбор.