Приручение. 10 биологических видов, изменивших мир

У большинства современных собак в организме содержится множество копий гена, кодирующего амилазу – фермент для переваривания крахмала. Чем больше копий этого гена у животного, тем больше амилазы производит его поджелудочная железа: полезное свойство для того, кто ищет пропитание на деревенской помойке или подъедает остатки с человеческого стола. Со временем собаки становились менее плотоядными и более травоядными, как и их человеческие друзья. Но у современных собак количество копий гена амилазы сильно варьируется. В большинстве случаев данное различие связано с породой собак. На это есть несколько причин. Установив, что такая изменчивость не случайна, ученые задались вопросом: а не связана ли она с филогенезом – «семейной историей» собачьих пород? Однако эта теория не подтвердилась. Далее исследователи предположили, что скрещивание с волками могло привести к снижению числа копий гена амилазы у некоторых пород, но и на этот раз не смогли дать четкого объяснения. Остается полагать, что количество копий гена амилазы отражает различия в пищевых предпочтениях древних собак.

Анализ изотопов углерода и азота в образцах костей древних собак раскрыл исследователям рацион доисторических животных и продемонстрировал его разнообразие. Известно, например, что около 9000 лет назад в Китае 65–90 % рациона собак составляло просо. При этом 3000 лет назад на корейском побережье они поедали морских млекопитающих и рыбу. В различных местах собаки сталкивались с теми или иными сложностями поиска пищи. Со временем соответственно у них менялся набор генов.

Подобные изменения генома, приводящие к повышению числа копий определенного гена, происходят из-за ошибок в ходе мейоза – особого процесса клеточного деления, в результате которого образуются яйцеклетки и сперматозоиды (в них содержится одинарный набор хромосом, в отличие от других клеток организма, в которых заключен двойной набор хромосом). Во время мейоза хромосомы объединяются в пары, а затем в каждой паре происходит обмен участками ДНК (кроссинговер). Ошибки, возникающие при кроссинговере, могут привести к дупликациям гена в одной хромосоме. Если такая ошибка происходит, то увеличивается вероятность ее повторения в следующем поколении, также в процессе мейоза, при формировании яйцеклеток или сперматозоидов. Присутствие двух копий гена в одной хромосоме и одного гена в другой повышает вероятность ошибочного спаривания хромосом и дупликации гена. Таким образом, эта ошибка приводит к увеличению числа копий конкретного гена, и если вызванное изменение оказывается полезным, то в отношении такого изменения будет действовать положительный отбор.

По всей видимости, собак можно разделить на две группы: у одних очень небольшое число гена амилазы, у других – множество копий. Среди современных пород к группе с самым низким числом копий гена – всего две, как у волков, – относятся сибирские хаски, гренландские ездовые собаки и австралийские динго. При этом распространение по миру собак с высоким числом копий гена амилазы весьма точно совпадает с расположением сельскохозяйственных районов, где древний человек занимался земледелием. Порода салюки, ведущая свое происхождение с Ближнего Востока, где впервые стало развиваться земледелие, может похвастаться рекордным числом копий этого гена – двадцать девять! Однако изменение числа копий гена происходило не сразу: так, у собак эпохи неолита было не так много копий гена амилазы, как у их потомков, живших бок о бок с фермерами.

Именно в эпоху неолита, когда человек превратился в земледельца, собаки впервые распространились за пределы Евразии. Они следовали по планете за сельским хозяйством. В Африке к югу от Сахары собаки появились в начале неолита, 5600 лет назад, и еще через 4000 лет добрались и до юга Африканского континента. Останки собак возрастом около 5000 лет археологи находят в Мексике, именно тогда там появились первые земледельцы, но на крайний юг Южной Америки собаки попали только спустя 4000 лет. Исследования митохондриальной ДНК позволяют предположить, что эти ранние американские разновидности собак были позднее полностью вытеснены после колонизации Америки европейцами. Однако, судя по последним данным анализа полного генома, история развивалась иначе: европейские собаки, приехавшие с завоевателями из Старого Света за последние 500 лет, на самом деле смешались с местными разновидностями собаки в Новом Свете.