Лучший друг (древнего) человека
Сайт Сибирского отделения РАН COPAH.info 19 августа 2013 г.
Написать оригинальное вступление к научно-популярной статье про собаку — все равно, что найти миллион. Поэтому мы начнем очень банально: "В городе N…."
Историческая справка
Итак, 20 лет назад в городе N, а точнее — Ц., а еще точнее — в Цюрихе швейцарский ученый Гауденц Дольф, который первым подал идею досконально изучить геном собаки, встретился с другим ученым, доктором биологических наук Александром Сергеевичем Графодатским из новосибирского Академгородка…
"Я сказал, что на том этапе это практически невозможно, — рассказывает Александр Графодатский. — Нужно было искать людей, которые не просто смогут секвенировать что-либо (с такими специалистами проблем нет), но уложить все полученные маленькие кусочки на хромосомы, собственно, как это было в случае с человеком". Ниточки возникшего международного обсуждения свелись именно на сибирской лаборатории. "Все сказали, что мы — единственные, кто может это сделать. Надо отметить: геном у собаки чудовищно сложный. Это животное отличается от всех остальных тем, что у него очень много мелких хромосом, которые было безумно трудно различить между собой".
В это же время в городе К. — британском Кембридже — в лаборатории известного ученого шотландца Малькольма Фергюсон-Смита возник новый метод, основанный на применении специального прибора — сортера. Этот аппарат позволяет разложить хромосомы по отдельным пробиркам в зависимости от их веса, размера и того, как они светятся, если в них ввести специальные вещества. Собственно, все вышеперечисленное дает возможность с ними работать. Если для человека такие исследования велись в нескольких лабораториях мира, то для животных начали это делать только у Малькольма Фергюсон-Смита. "Его ребята научились сортировать хромосомы всех видов млекопитающих, и разговор зашел о собаках, — говорит Александр Графодатский. — Например, можно взять хромосому человека и локализовать ее у нашего "лучшего друга", посмотреть, где она лежит. Таким образом мы видим гомологичные участки, на которых располагаются одни и те же гены, и можно предметно изучать эту область". Когда зашел разговор о том, что нужно копать дальше и глубже, снова возник Новосибирск в качестве партнера. "И европейские ученые, и мой китайский коллега Янг Фенгтанг сказали Фергюсон-Смиту, что только там это могут сделать. Фергюсон-Смит ответил, что с русскими он и на одном гектаре не сядет, — смеется новосибирский биолог. — Они начали возиться сами, но ничего у них особенно путного не получалось, так что снова вернулись к идее сотрудничать с нами. Это сейчас Малькольм мой самый большой личный друг, с которым у нас более 40 совместных публикаций, а тогда нужно было в быстрой и жесткой работе доказать свою состоятельность, существенно осложненную всеми российскими реалиями".
Исследования были проведены: группа Графодатского (кандидаты биологических наук Владимир Трифонов, Полина Перельман, Наталья Сердюкова, Виолетта Беклемишева) локализовала все пробы хромосом человека на собаке и наоборот. "Там был еще один интересный момент — у нашей "героини" 78 хромосом, с которыми очень сложно разбираться, — объясняет Александр Сергеевич, — а у лис, относящихся к собачьим и находящихся рядом, если смотреть филогенетически, всего 34, и с ними работать просто. Так что можно было одновременно вести в режиме тройной проверки: материал человека локализовывать на лисице и собаке одновременно, ну и так по кругу". В результате специалисты сделали работу по гомологии хромосом всех трех вышеперечисленных видов, и она, кстати, у них до сих пор самая цитируемая. Полученные данные были использованы в Броад институте (США) и, таким образом, в 2005-м году проект по секвенированию генома собаки был завершен.
А дальше?
А дальше всё произошло точно так же, как было с геномом человека — вроде бы проект закончился, но, как говорят ученые, давайте к этому вернемся! И возвращаются до сих пор. "У нас снова идет сотрудничество с теми же американцами, группой профессора Мэтью Бринна: они имеют все секвенированные последовательности, которые мы локализуем на геномах других собачьих, — рассказывает Александр Графодатский. — Видов двадцать у нас изучено: из Северной и Южной Америк, наши лисицы, песцы, фенеки. Мы смотрим, кто кому родственник, кто когда произошел, в какое время имели место разные события. Наши работы в этом направлении продолжаются".
Кроме того, по словам биолога, в исследовании генома собаки наступил новый этап: ее происхождение. "Для того, чтобы изучать данный вопрос, нужен не хромосомный уровень, а уровень древней ДНК", — комментирует Александр Графодатский. Здесь сибирским специалистами очень повезло: рядом есть археологи.
В частности, в свое время сотрудник Института археологии и этнографии СО РАН, живущий в городе К. — Красноярске — легендарный Николай Дмитриевич Оводов в пещере Разбойничья на Горном Алтае нашел, помимо черепов волка, череп собаки. Было это в середине 1970-х. Долгое время артефакт лежал у Оводова дома, а позже ученый из Института геологии и минералогии им. В.С.Соболева Ярослав Кузьмин взял образец и с помощью европейских коллег определил его возраст: 33,5 тысячи лет (кстати, интересно, кто приручал эту собаку — неандерталец или денисовец?). "Мы же (в том числе и кандидаты биологических наук Надежда Воробьева, Анна Дружкова и Владимир Трифонов) занялись ДНК, — говорит Александр Графодатский. — В Разбойничьей условия для ее сохранения были очень хорошие, почти как в Денисовой, и сначала мы прочитали короткий кусочек митохондриального генома, а теперь — его полностью. Думаю, немного попозже мы сделаем и ядерный. По крайней мере, попытаемся".
Как известно, волк и собака являются одним видом, спариваются между собой и потомство у них плодовито. Изучив мтДНК, биологи подтвердили и модель неоднократной доместикации: лучшие друзья человека были одомашнены несколько раз. Затем собаки вновь дичали и скрещивались с волками снова. "Это очень запутанная картина, — отмечает Александр Графодатский. — Даже если посмотреть одну и ту же современную породу, взять несколько особей, так они по митохондриальному геному оказываются из разных групп. В общем, сложно разобраться, кто с кем когда и как".
"После собаки человек доместицировал очень много видов, как правило, сельскохозяйственных, и почти в одном месте: на Ближнем Востоке. Это овцы, козы, крупный рогатый скот. Затем — лошади, они, похоже, были одомашнены неподалеку от нас, в Севере Казахстане, в степях. С ними мы тоже начали работать, очень интересно, что получится. У нас есть образцы из Денисовой пещеры, а также из других мест. Их геномы уже частично секвенированы здесь, в Новосибирске".
Пока ученые сформировали такое представление: в древности имелись волки трех групп: европейские — которые благополучно дожили до современности и распространились везде, а также более мелкие плейстоценовые — из них потом получилась основная часть собак. "Были еще ужасные волки (это видовое название), состоящие из пасти и хвоста, они жили в Северной Америке и могли есть всю мега-фауну: шерстистых носорогов, мамонтов. Но они вымерли", — рассказывает Александр Сергеевич. Сейчас, по его словам, специалисты пытаются во всем этом разбираться, работает несколько международных групп. "Однако наша собака от Оводова, — радуется Графодатский, — является прима-балериной во всех проектах, она прямо по Ленину: неисчерпаемая, как атом. Мы еще долго будем ею заниматься".
Так что там с родственниками?
Родственников у современных собак много — фактически это большое, но не всегда дружное сообщество. Ближайшая родня, понятное дело, волки. Чуть дальше — койоты, еще дальше — шакалы, а еще дальше — красные волки. Собственно, как говорит биолог, все они составляют одну группу. Более отдаленные — лисицы, песцы, фенеки, енотовидные, африканские и южно-американские собаки.
Помещая все их семейство в более широкий контекст, ученые получают следующее. Если не брать совсем далеких афротерий (слоны, даманы, трубкозубы) и неполнозубых (муравьеды и ленивцы), то есть приматы (и вершина их человек). От них "отпочковались" шерстокрылы и тупайи. К этой же группе относятся грызуны и зайцеобразные. Во второе, скажем так, подразделение млекопитающих, которые тоже являются взаимными родственниками, входят насекомоядные, летучие мыши, копытные (куда попадают киты и их ближайшая родня бегемоты). Хищников относят сюда же.
От последних идут новые разветвления. Первое из них, как ни странно, ящеры. Затем две более очевидных группы: кошачьих и собачьих. "Так вот, вторые оказались в огромной степени геномно перестроены по сравнению с остальными млекопитающими. То есть, геном их перетасован очень сильно, поэтому так сложно его изучать. Почему произошло такое безумное изменение, непонятно. Однако именно фантастическая раздробленность генома собаки сделала пробы ее хромосом исключительно полезным инструментом для сравнительного изучения. Например, сейчас Анастасия Кулемзина локализует пробы собаки на хромосомах байкальской нерпы и мы получим первую геномную карту это интереснейшего вида", — поясняет Александр Графодатский.
"Друг, воспитанный тобой"
Ученые сходятся на том, что из всех животных собака была доместицирована первой. Пусть в несколько итераций, но все же именно она положила начало одомашниванию. Правда, процесс происходил несколько иначе, чем у Киплинга. "Я думаю, что у древних людей отбор был более жесткий. Никто к женщине не приходил. Скорее всего, охотник притаскивал щенка для развлечения ребенка, и если зверек кусал детей, то его убивали", — констатирует биолог.
Тем не менее, судя по экспериментам с лисицами, когда за 20-30 лет получили новую группу доместицированных особей, можно сделать вывод: в древних условиях приручение происходило так же стремительно, буквально за несколько поколений. Все-таки, собака, как отмечает Александр Графодатский, очень пластичный вид.
Ученых, кстати, интересовало и ее "географическое происхождение". Считалось, что все стартовало в Европе, и данные, в целом, это подтверждали. Однако не так давно китайские исследователи сделали работу, где доказывали, что доместицированные собаки пошли из Южного Китая. "Это принципиальная разница, — комментирует Александр Сергеевич. — Если говорить о Европе, то людям, двигающимся вслед за ледниками, нужен был помощник в охране и охоте. Южные же люди нуждались исключительно в мусорщике: живут они оседло, выбрасывают всякую дрянь из жилищ, кто-то должен все это съедать. Тем не менее, сейчас, после изучения образцов древней ДНК получается, что происхождение собак все же европейское".
Екатерина Пустолякова
Фото: 1 — Ю. Позднякова, 2 — Е. Пустолякова, 3 — А. Иванова, 4 — предоставлено Я. Кузьминым