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

Им удалось идентифицировать 13 624 гена. Проведя сложный анализ и определив число белков, кодируемых этими генами у ручных и агрессивных лис, исследователи нашли, что 335 генов (или около 3%) из этого числа резко различаются по количеству производимого под их контролем белка. К примеру, у доместицированных животных оказалась гораздо выше экспрессия гена HTR 2C, играющего важную роль в секреции серотонина и дофамина. Особенно удивительно было то, что у 280 из этих 335 генов уровень экспрессии оказался выше у ручных лис, а в остальных случаях – наоборот, у агрессивных. Это говорило о том, что формирование неагрессивного поведения – процесс совсем не простой. Кроме того, были выявлены сложные взаимодействия между самими исследуемыми генами. Ученым понадобится еще много лет, чтобы полностью восстановить полную картину экспрессии генов, вовлеченных в процесс доместикации.

Анна и Людмила по сей день заняты кропотливой работой по выявлению функций каждого из этих 335 генов. Пока удалось установить, что некоторые из них отвечают за производство гормонов, другие – за развитие кровеносной системы, третьи – за формирование иммунитета, образование кожного и волосяного покрова, производство витаминов, минеральных веществ и т.д. То, что эти гены связаны с секрецией гормонов, было вполне ожидаемо, ведь серьезные гормональные сдвиги у доместицируемых лис выявлены уже давно. А вот как связаны с поведением, характерным для «элитных» животных, все остальные признаки, остается загадкой. Чем больше отдельных элементов этой сложной мозаики встают на свои места, тем яснее делается общая картина дестабилизации генома лисы, а это в конечном итоге позволит лучше понять процесс одомашнивания волков и черно-бурых лис {155} 155 В свое время Беляев высказал еще одно предположение, касающееся экспрессии генов и одомашнивания. По его гипотезе, крупные кластеры генов, экспрессия которых влияет на протекание доместикации, могут сами находиться под контролем немногих «регуляторных генов высшего порядка». Если это верно, то именно такие регуляторные гены обуславливают многие, если не вообще все изменения, произошедшие при одомашнивании лис: изменения в поведении, окрасе, гормональном уровне, пропорциях костей и т.п. Людмила и Анна знают, что если эти гипотетические гены существуют, то на их поиски уйдут еще многие годы. Но Людмила уже давно стала специалистом по долгосрочному планированию во всем, что касается ее любимых лис. Если они рано или поздно натолкнутся на регуляторные гены высшего порядка и секвенируют их, то, как считает Людмила, это сразу же даст ей и ее коллегам «возможность управлять всем процессом доместикации». .

Начиная свой эксперимент с лисами, Дмитрий Беляев предполагал, что в ходе доместикации всех видов животных был задействован в сущности один и тот же механизм искусственного отбора на неагрессивное поведение. В случае с приручением волков и лис его предположение подтвердилось, поскольку у обоих видов обнаружились сходные изменения в геномах и экспрессии генов. Но насколько это пригодится нам при изучении истории одомашнивания других видов? Участвовали ли при этом одни и те же гены? Происходили ли аналогичные изменения в их экспрессии?

Не так давно коллектив генетиков под руководством Фрэнка Альберта, в который входила и Людмила, провел сравнительный анализ генов, участвовавших в доместикации трех видов – собаки, свиньи и кролика. Был сопоставлен уровень экспрессии генов у этих животных и их диких родственников – волка, кабана и дикого кролика соответственно. Исследователи получили данные, показывающие, что во всех трех историях одомашнивания участвовали одни и те же гены, причем в их экспрессии происходили схожие изменения. Так, выяснилось, что во всех трех случаях в процесс доместикации были вовлечены два гена, участвующие в формировании мозга животных. Это удивительное открытие в настоящее время ждет своего окончательного подтверждения {156} 156 Этими генами были SOX6 и PROM1: F. Albert et al. “A Comparison of Brain Gene Expression Levels in Domesticated and Wild Animals”, PLOS Genetics 8 (2012), doi.org/10.1371/journal.pgen.1002962. .

И все же история одомашнивания других видов, включая и людей, пока скрыта от нас завесой тайны, хотя эта завеса больше не выглядит абсолютно непроницаемой. Чем совершеннее становится техника генетического анализа и чем больше новых данных об истории приручения животных дают нам археология, антропология и генетика, тем яснее мы понимаем, до какой степени схоже протекала доместикация различных видов. Когда-нибудь мы сможем проверить гипотезу Дмитрия Беляева о том, что в основе всех историй одомашнивания лежат отбор на неагрессивное поведение и дестабилизирующий отбор.

Хотя конкретные гены, вовлеченные в процесс доместикации, у отдельных видов животных могли быть разными, есть данные, позволяющие утверждать, что Беляев был прав и в общих чертах этот процесс протекал у разных видов сходным образом. Изучение «генов одомашнивания» различных животных показало, что в основе доместикации лежит целый комплекс генетических изменений, описанных Беляевым в его теории дестабилизирующего отбора. Например, изучение одомашнивания кролика в Южной Франции показало, что «[искусственный] отбор основывался, хотя бы частично, на уже существовавшей в популяции генетической изменчивости, а не на новых мутациях» – в полном соответствии с предсказанием Дмитрия Беляева {157} 157 M. Carneiro et al. “Rabbit Genome Analysis Reveals a Polygenic Basis for Phenotypic Change during Domestication”, Science 345 (2014): 1074–1079. . Все большее число исследований показывает, что, как и в случае с черно-бурыми лисами, именно изменения в экспрессии генов, а не просто их наличие или отсутствие являются ключевым фактором доместикации.

Предложенная недавно Адамом Уилкинсом, Ричардом Рэнгемом и У. Текумсе Фитчем теория, объясняющая, почему отбор по признаку спокойного поведения породил целый каскад новых признаков, также в определенном смысле подтверждает концепцию дестабилизирующего отбора. Эти авторы предполагают, что многие признаки, общие для одомашненных животных, связаны с особым типом стволовых клеток, известных как клетки нервного гребня. На очень ранних стадиях эмбрионального развития позвоночных эти клетки перемещаются вдоль так называемого нервного гребня – скопления нейронов, расположенного посреди развивающегося зародыша, – и затем мигрируют в различные участки тела, такие как передний мозг, кожа, челюсти, зубы, глотка, уши и хрящи. Уилкинс и его соавторы предполагают, что отбор на неагрессивное поведение мог сопровождаться небольшим уменьшением числа клеток нервного гребня, и поэтому «большинство [ассоциированных с доместикацией] новоприобретенных признаков, как морфологических, так и физиологических, могут быть прямо объяснены нехваткой клеток нервного гребня, а некоторые другие возникают как побочный продукт этой нехватки» {158} 158 A. Wilkins, R. Wrangham, and T. Fitch “The ‘Domestication Syndrome’ in Mammals: A Unified Explanation Based on Neural Crest Cell Behavior and Genetics”, Genetics 197 (2014): 795–808. . Как именно это происходит, пока неизвестно, но, если эта гипотеза верна, она поможет объяснить, почему спокойное поведение коррелирует с остальными особенностями, характерными для одомашненных видов, – пестрой окраской шерсти, вислоухостью, укороченными мордами, изменениями в репродуктивном цикле и т.д. Это очень интригующее предположение, которое требует новых исследований.