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

Ларк смог убедиться, насколько эффективно и интенсивно работает команда Людмилы. Он вспоминал: «На нас обрушился поток новых данных, совершенно поразительный по объему. Казалось, эта группа исследователей способна трудиться по 50 часов в сутки». И эта работа была сполна вознаграждена. Сотрудники Ларка установили, что у лис сложились те же самые соотношения между длиной и шириной костей, которые ранее были найдены ими у собак – короткие и широкие лапы в сочетании с короткими, широкими и закругленными мордами.

Для объяснения этой закономерности Ларк и Людмила выдвинули интересную гипотезу. У неприрученных лис возрастные изменения в пропорциях тела и головы происходят для того, чтобы повысить шансы на выживание. В щенячьем возрасте морды у них относительно закругленные, а лапы совсем короткие. Потом животные взрослеют и их конечности становятся более длинными и стройными, что позволяет преследовать добычу и спасаться от врагов, а удлиненные и заостренные морды диких лис помогают им обследовать разные укромные местечки в траве и кустах в поисках пищи. В дикой природе такие возрастные изменения, приводящие к типичному для взрослых лис строению тела, обусловлены действием естественного отбора. Лисам, живущим на ферме, не нужно охотиться или убегать от врагов: давление отбора отсутствует. По-видимому, по этой причине взрослые лисы на ферме сохраняют ювенильные пропорции тела – закругленную морду и укороченные конечности {152} 152 K. Chase et al. “Genetic Basis for Systems of Skeletal Quantitative Traits”; L. Trut et al. “Morphology and Behavior: Are They Coupled at the Genome Level?” in The Dog and Its Genome , ed. E. A. Ostrander, U. Giger, and K. Lindblad-Toh (Woodbury, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2005), 81–93. .

Пока Людмила и Гордон Ларк совместно изучали анатомию доместицируемых лис, Анна, Людмила и их коллеги приступили к следующей стадии анализа ДНК – им предстояло увязать результаты геномного исследования лис с их поведением. Были взяты пробы ДНК у 685 особей из «ручной» и «агрессивной» групп, при этом поведение каждой из них при взаимодействии с человеком фиксировалось на видео. Затем был проведен чрезвычайно, если не сказать патологически, подробный анализ 98 форм поведения и выделены его элементы, такие как «спокойные звуки», «агрессивные звуки», «уши в спокойном состоянии», «уши агрессивно прижаты к голове», «наблюдатель может прикоснуться к животному», «лиса подходит и обнюхивает руку наблюдателя», «животное ложится на бок», «лиса приглашает наблюдателя погладить ее по животу» и так далее. Весь этот проект, завершенный в 2011 г., потребовал колоссальных трудозатрат. По счастью, полученные результаты полностью оправдали приложенные усилия.

Исследователи открыли, что гены, ассоциированные со многими новыми признаками в морфологии и поведении, наблюдаемыми у доместицируемых лис, располагаются на определенном участке 12-й хромосомы. Наибольшие генетические различия между «элитными» и агрессивными животными обнаружились как раз в этом участке хромосомы, поэтому Людмила, Анна и их коллеги предположили, что именно эти гены отвечают за те особенности, что отличают доместицируемых лис от их сородичей {153} 153 С помощью математических моделей, разработанных генетиками, Анна и Людмила составили программу скрещиваний, в соответствии с которой в течение трех поколений лисы спокойного поведения спаривались с агрессивными. Это позволило с максимальной эффективностью провести генетический анализ для локализации генов, ассоциированных с неагрессивным поведением. A. Kukekova et al. “Measurement of Segregating Behaviors in Experimental Silver Fox Pedigrees”, Behavior Genetics 38 (2008): 185–194. .

Всего лишь годом ранее, в 2010 г., в журнале Nature была опубликована статья о доместикации собаки. В ней утверждалось, что многие из генетических изменений, произошедших в процессе превращения волка в собаку, были связаны с генами, компактно локализованными в относительно небольшом числе хромосом. Теперь Анна и Людмила могли узнать, насколько сходны генетические изменения в 12-й хромосоме лисы с теми, что произошли при одомашнивании собак. Они надеялись, что между этими двумя наборами генов обнаружится значительное сходство. Так оно и оказалось. Многие из генов 12-й хромосомы лисы, вовлеченные в процесс их доместикации, были найдены и в геноме собаки, причем именно в тех хромосомах, которые были задействованы в одомашнивании. Это соответствие было настолько хорошо, что казалось почти неправдоподобным.

Спустя 59 лет с того дня, как Дмитрий отправился в Эстонию, чтобы встретиться и договориться о начале эксперимента с Ниной Сорокиной, и через 43 года после того, как в работу включилась Людмила Трут, удалось наконец определить расположение в хромосомах по меньшей мере части генов, связанных с доместикацией. Следующим шагом должен был стать эксперимент по выявлению конкретной функции каждого из генов. Им также предстояло выяснить, не изменилась ли экспрессия этих генов, что могло дать начало новым признакам, возникшим у одомашниваемых лис. Когда Дмитрий Беляев впервые высказал подобное предположение, такие термины были еще мало кому знакомы. Теперь, в 2011 г., уже имелись технологии, позволявшие проверить эту гипотезу.

Технология секвенирования нового поколения (Next generation sequencing technology) позволяет многократно увеличить скорость считывания последовательностей ДНК. Уже не визуально, а с помощью компьютерного анализа расшифровываются миллионы и даже миллиарды небольших участков ДНК, но, даже несмотря на это, изучение работы генов и особенностей их экспрессии остается чрезвычайно сложной процедурой. Причина в том, что один и тот же ген нередко обусловливает несколько процессов в самых разных клетках. Все клетки в теле животного, за исключением сперматозоидов и яйцеклеток, несут в парах своих хромосом одинаковый набор генов. Однако в клетках кожи активируются и инактивируются совсем другие гены, чем, скажем, в кровяных тельцах или нейронах мозга. Если один и тот же ген «включается» в клетках разного типа, то в каждой из них он производит свой специфичный белок.

Чтобы восстановить полную картину экспрессии определенного гена у двух разных видов животных, необходимо сравнить количество различных белков, которые этот ген кодирует, в клетках разного типа. Как правило, такие исследования начинаются с изучения какого-нибудь типа клеток в определенной части организма. Для начала Анна и Людмила должны были определить, с какого типа клеток лучше начать работу. Они выбрали клетки мозговой ткани, ведь мозг – главный регулятор поведения, а все изменения, произошедшие с лисами, случились после того, как их начали отбирать по признаку неагрессивности к человеку. Ранее уже было установлено, что особенно важную роль в регуляции поведения играет префронтальная кора больших полушарий, поэтому было решено взять клетки именно из этой части мозга {154} 154 A. Kukekova et al., “Sequence Comparison of Prefrontal Cortical Brain Transcriptome from a Tame and an Aggressive Silver Fox ( Vulpes vulpes )”, BMC Genomics 12 (2011): 482, DOI:10.1186/1471-2164-12-482. Из ранее опубликованных работ по этому вопросу: J. Lindberg et al., “Selection for Tameness Modulates the Expression of Heme Related Genes in Silver Foxes”, Behavioral and Brain Functions 3 (2007), DOI:10.1186/1744–9081–3–18; J. Lindberg et al. “Selection for Tameness Has Changed Brain Gene Expression in Silver Foxes”, Current Biology 15 (2005): R915 – R916. .