Ли Дугаткин - Как приручить лису (и превратить её в собаку). Сибирский эволюционный эксперимент

Для Людмилы Трут и Дмитрия Беляева эксперимент с лисами был в первую очередь попыткой разобраться в генетических механизмах процесса доместикации. Хотя в процессе осуществления эксперимент породил множество проектов в других областях знания, главная его цель оставалась неизменной. Включив в свою команду Анну Кукекову, которая прибыла в Новосибирск брать пробы крови у лис, Людмила наконец получила возможность проникнуть внутрь лисьего генома и рассчитывала, что такой анализ даст более полное понимание процесса одомашнивания.

В первую очередь Анне и Людмиле предстояла кропотливая работа по расшифровке генома экспериментальных животных. Полное секвенирование потребовало бы много средств и времени, и Анна решила использовать более быстрый метод, который позволил бы создать менее детальную карту генома. В то время полным ходом шла расшифровка генома собаки, и Анна хотела попытаться применить к изучению лис те же генетические инструменты, что были опробованы на собаках. Эти инструменты называются генетическими маркерами {146} 146 Они также использовали микросателлитные маркеры. и представляют собой особые участки ДНК, позволяющие локализовать, идентифицировать и анализировать гены. Так как лисы являются в эволюционном отношении близкими родственниками собак, Анна полагала, что геномы двух этих видов достаточно схожи, чтобы генетические маркеры, разработанные для собак, оказались полезными. Но твердой уверенности у нее не было, тем более что предковые линии обоих видов разделились более 10 млн лет назад. Строение генома собаки и лисицы тоже неодинаково, в частности они резко различаются по числу хромосом. Большинство пород собак имеет 39 пар хромосом, а в хромосомном наборе чернобурок их только 17 пар. К счастью, проведя весьма трудоемкое тестирование 700 генетических маркеров, использованных при изучении собак, Анна нашла, что около 400 из них вполне подходят для исследования лисьих хромосом. Этого было достаточно, чтобы приступить к картированию генома экспериментальных животных {147} 147 A. Kukekova et al. “A Marker Set for Construction of a Genetic Map of the Silver Fox ( Vulpes ulpes )”, Journal of Heredity 95 (2004): 185–194; A. Graphodatsky et al. “The Proto-oncogene C- KIT Maps to Canid B- Chromosomes”, Chromosome Research 13 (2005): 113–122. .

Людмила получила это известие осенью 2003 г., вскоре после того, как она отметила свое 70-летие. Возможность проведения геномного анализа значила для нее очень много. Какой долгий путь прошли они вместе – Дмитрий, она и их лисы! И как все изменилось! Когда она приехала в Новосибирск, чтобы приступить к работе под началом Беляева, им приходилось скрывать истинную цель своих исследований от бдительного ока Лысенко. Теперь, по прошествии 45 лет, ей не нужно ни от кого прятаться. И работает она не с советской, а с российской исследовательницей, которая к тому же получила рабочее место в одном из ведущих научных центров Соединенных Штатов, главного противника СССР в холодной войне. Наконец, сложнейшее оборудование, которое они будут применять, позволит не только проводить четкую границу между отдельными генами, но даже клонировать их. Если бы только Дмитрий Беляев был жив и мог принять участие в этой работе!

Использовав фрагменты ДНК, взятые от 286 животных с экспериментальной фермы, Анна, Людмила и их коллеги кропотливо работали над составлением карты лисьего генома. И хотя в итоге эта карта оказалась неполной, все же она включала участки всех 16 соматических и одной половой хромосомы (Х-хромосомы). Имевшийся у исследователей набор маркеров не позволял осуществить расшифровку всего генома, но им удалось локализовать относительное расположение 320 генов {148} 148 320 локусов. A. Kukekova et al. “A Meiotic Linkage Map of the Silver Fox, Aligned and Compared to the Canine Genome”, Genome Research 17 (2007): 387–399. . Это был большой шаг вперед, хотя такая выборка представляет собой лишь небольшую часть типичного генома млекопитающих. Теперь они могли приступить к следующему этапу – установить, какие именно из нанесенных на карту генов могли быть вовлечены в процесс одомашнивания, и наконец понять, как вышло, что фрагменты ДНК, принадлежавшие дикому агрессивному животному, были перенастроены и произвели на свет ласковое домашнее существо. Эта задача требовала значительно больших затрат денег и времени {149} 149 Также они сравнили свои результаты с картой генома собаки и обнаружили, что межвидовое различие в числе хромосом (17 хромосом у серебристо-черной лисы и 39 – у собаки) возникло путем нескольких слияний генетического материала. Большинство лисьих хромосом представляют собой слившиеся фрагменты нескольких собачьих хромосом. . По счастью, полученные ими ранее предварительные результаты расшифровки лисьего генома оказались настолько многообещающими, что Национальный институт здоровья США выделил им грант на исследования. Эксперты сочли, что результаты работы могут иметь прикладное значение для медицины, в частности позволят лучше понять генетические основы как спокойного и просоциального, так и агрессивного и антисоциального поведения животных {150} 150 National Institute of Mental Health, Molecular Mechanisms of Social Behavior, MH0077811, 8/01/07–07/31/11; National Institute of Mental Health, Molecular Genetics of Tame Behavior MH069688, 04/01/04–03/31/07. .

Пока геномный анализ шел своим чередом, Анна обратилась к Гордону Ларку, профессору биологии в Университете штата Юта. Она рассчитывала на его помощь в продолжении проведенного Людмилой сравнительного изучения анатомии «элитных» и контрольных лис. Вспомним, что эта работа выявила некоторые отличия в анатомическом строении ручных лис: головы и морды у них оказались более короткими и закругленными, чем у контрольных животных, и больше похожими на морды детенышей лис и собак. Анна знала, что Ларк со своими сотрудниками измерял длину и ширину тела и черепа собак, и рассчитывала, что он поможет им провести сравнение анатомии собак и доместицируемых лис.

Как показали исследования группы Ларка, у некоторых пород собак уменьшение длины конечностей и морды сопровождается увеличением ширины этих частей тела: такие «закругленные», приземистые собаки приобретают «бульдожий» облик. Наоборот, собаки с более изящными конечностями отличаются длинными и вытянутыми мордами и скорее напоминают борзую. Сотрудники Ларка провели генетический анализ и выяснили, что соотношение между длиной и шириной костей контролируется небольшим числом генов, определяющих рост скелета {151} 151 K. Chase et al. “Genetic Basis for Systems of Skeletal Quantitative Traits: Principal Component Analysis of the Canid Skeleton”, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 99 (2002): 9930–9935; D. Carrier, K. Chase, and K. Lark “Genetics of Canid Skeletal Variation: Size and Shape of the Pelvis”, Genome Research 15 (2005): 1825–1830. .

Когда Анна спросила Гордона Ларка, не хотел бы он провести подобное исследование на черно-бурых лисах с экспериментальной фермы, тот с радостью согласился. Но для этого на ферме нужно было иметь рентгеновский аппарат, а денег на его приобретение у Людмилы не было. Ларк распорядился перечислить в Институт цитологии и генетики $25 000 для покупки прибора. Людмила, руководившая проектом с российской стороны, доверила Анастасии Харламовой, своей коллеге и подруге, которую Ларк любит называть «заместительницей Людмилы», выполнение повседневных работ. Анастасия начала делать рентгеновские снимки тела и черепа у ручных, агрессивных и контрольных лис, а один из сотрудников Ларка создал сайт, куда загружались сделанные изображения. Теперь команда исследователей в Юте получила возможность проводить необходимые сравнения ширины и длины костей.