Как приручить лису и превратить её в собаку. Сибирский эволюционный эксперимент

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}.

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 HTR₂C, 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}.

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?