«Наука в Сибири» № 43 (2578) 2 ноября 2006 г. ХИЩНИКИ СТАНОВЯТСЯ РУЧНЫМИ Вот уже почти полвека сотрудники группы экспериментальной доместикации животных из лаборатории эволюционной генетики ИЦИГ занимаются проблемами одомашнивания. Они пытаются понять, связаны ли происходящие изменения поведения в процессе доместикации животных с изменениями их морфо-физиологической организации. Ю. Александрова, «НВС» Мы попросили рассказать о проводимых исследованиях руководителя проекта д.б.н. Л. Трут. — Людмила Николаевна, с чего начинался эксперимент, и как получилось, что вы стали работать в этом направлении? — Изучением поведения животных в процессе доместикации я занимаюсь более сорока лет. Когда в 1958 году после окончания Московского университета я ехала в Новосибирск, то уже знала, что буду вовлечена в проект по доместикации и представляла себе, какая работа меня ожидает. Проект моделирования эволюционного процесса доместикации, происходившего когда-то в далеком историческом прошлом, был начат Д. К. Беляевым еще в то время, когда он работал на лисьей ферме в одном из эстонских зверосовхозов. Там в 1952-54 годах и было начато разведение наиболее спокойных лисиц. Лисица к тому времени уже около 50 лет разводилась в условиях неволи как объект промышленного звероводства, то есть была вовлечена в процесс одомашнивания. Д. К. Беляев много размышлял над тем, что направляет ход этого процесса. Его интересовало, что же происходило в процессе доместикации, например, волка, в систематическом отношении близкого лисице, почему такой стандартный, однообразный, дикий по своему поведению серый волк дал начало такому множеству разнообразных по морфологии и по поведению собак. Ведь если этот процесс рассматривать с классических генетических позиций мутационной изменчивости, то он не укладывается во временные эволюционные рамки из-за крайне низкой частоты возникновения новых мутаций. — Значит, Беляев с самого начала ориентировался на изучение связи поведения и изменений генетической активности? — Да, такой была исходная позиция. Но его занимали не только морфологические и поведенческие признаки. Он очень интересовался эволюцией сложных физиологических признаков, например, признаков репродукции, пытался понять, почему домашние собаки, в каких бы условиях они ни содержались, приносят два приплода в год, причем в любое время года. А дикий предок собаки — серый волк — размножается только один раз в году и в строго определенное время. То же самое характерно и для стандартной серебристо-черной лисицы, наблюдение за которой легло в основу нашего эксперимента. Лисица — это тоже вид, который размножается строго сезонно. Щенки рождаются только с конца марта по апрель, и если она в этот сезон не дала приплод, то остается без потомства. — А почему для эксперимента не был взят волк — дикий предок собаки? — Вы не можете себе представить, что значит организовать эксперимент, используя в качестве объекта волка. Любой селекционный эксперимент должен охватывать огромный массив животных — ведь отбор только тогда дает результат, когда он базируется на большой численности исходной популяции. Но разве реально создать для нашего эксперимента модельную популяцию отловленных в природе волков достаточной для отбора численности? Лисица же систематически близка к волку; ее уже с начала прошлого века разводили в звероводческих хозяйствах. Мы начинали эксперимент в конце 50-х — начале 60-х, а, значит, до этого лисица уже прошла самый тяжелый период адаптации к условиям неволи, самый жесткий и строгий отбор на успешность такой адаптации. Это обстоятельство могло сократить для нас период эксперимента и сделать его соизмеримым с продолжительностью человеческой жизни. — Что же предполагалось в начале эксперимента? Что могло иметь решающее значение на первых этапах эволюционного пути домашних животных? — С самого начала Дмитрий Константинович считал, что, прежде всего, в условиях одомашнивания животных меняется их поведение. Они становятся более толерантными к человеку. В процессе превращения, например, дикого волка в домашнюю собаку происходило наследственное преобразование поведения — без этого доместикация немыслима. Д. К. Беляев полагал, что поведение как бы идет в авангарде эволюции — это такой интегральный признак, который включает в себя разные подпризнаки и разные физиологические и гормональные системы. Если генетически изменяется поведение, то все скоррелированные с ним признаки также изменяются. Беляев утверждал, что в процессе преобразования поведения дикого волка в поведение домашней собаки и произошла перестройка тех механизмов, которые регулируют сезонность размножения и другие репродуктивные показатели, например, число рожденных щенков. Именно отбор по поведению мог дать толчок возникновению новых морфологических черт, т.е. быть ключевым событием эволюционных преобразований в процессе доместикации. Но так это или не так, невозможно понять без наблюдения за самим процессом. — Поэтому и было решено «повторить» процесс одомашнивания в эксперименте? — Да, Дмитрий Константинович полагал, что, если организовать модельный опыт по повторению этого процесса, т.е. прокрутить исторический сценарий доместикации в наши дни, многое можно было бы понять. Конечно, повторить все условия исторического процесса невозможно: первобытный человек был гораздо ближе к природе и к животным. Бесспорно, невозможно воспроизвести все условия периода ранней доместикации. Но мы можем воссоздать действия главного, как мы полагали, фактора — отбора по поведению. И мы стали разводить только тех животных, которые были наиболее терпимы к человеку. — Каким образом проводился отбор и к чему он привел? — Когда я начинала работать в звероводческих хозяйствах, все лисицы, как правило, были довольно агрессивными, их нельзя было взять в руки без специальных мер предосторожности. Я объездила несколько зверосовхозов, чтобы изучить поведение лисиц и выбрать самых спокойных — тех, которые более или менее спокойно реагировали на человека, без ярко выраженной агрессивной реакции. Таких животных из разных мест завозили в зверосовхоз «Лесной» Алтайского края, где арендовали место для их содержания. Первыми «поселенцами» стали потомки лисиц, отобранных по поведению Д. К. Беляевым в эстонском зверосовхозе «Кохила» еще в 1952-1954 годах. В общей сложности в первые годы из разных зверосовхозов было отобрано около ста тридцати лисиц (100 самок и 30 самцов). Мы начали их разводить, отбирая в каждом поколении наиболее спокойно реагирующих на человека, наиболее ручных, «дружелюбных», если можно так сказать. Довольно скоро (в 8-10 поколениях) начали появляться интересные коррелированные ответы на такой отбор. Во-первых, появились лисицы, у которых изменилась строгая сезонная цикличность размножения — признаки половой активности у таких лисиц стали наблюдаться за пределами сезона размножения (в осеннее и весеннее время). В дальнейшем, когда у нас появилась здесь своя ферма, мы даже получили несколько внесезонных приплодов (майских, ноябрьских), однако они не были жизнеспособными, поскольку у самок все-таки имелись гормональные изменения в регуляции материнского поведения. Было видно, что идет перестройка сложнейшей функции, но она не завершилась, не стабилизировалась. Во-вторых, крайне интересно, что наши лисицы в процессе отбора приобретали не только собачьи свойства поведения, но также собачьи морфологические черты. Стали рождаться щенки с измененной окраской меха, прежде всего — с белыми пятнами, что очень характерно для многих домашних животных; стали появляться вислоухие щенки, животные с закрученным, как у лайки, хвостом, тогда как для лисицы характерны стоячие уши и прямой опущенный вниз хвост. Изменялась форма черепа: у некоторых лисиц наблюдалось укорочение лицевого черепа и его расширение, как, например, у мопса, у других, наоборот, — его удлинение и сужение, как у колли. Таким образом, мы увидели у лисиц как бы зеркальное отражение морфологических признаков домашних собак. Важно подчеркнуть, что все это наблюдалось на фоне перестройки поведения лисиц в сторону собачьего. Появились лисицы, которые, как собаки, завидев человека, начинали скулить, вилять хвостом, подзывать к себе. Отбор по поведению вызвал также эндокринные изменения, прежде всего, изменилась активность гипофизарно-надпочечниковой системы, которая ответственна за реакцию животных на стресс. В процессе доместикации происходило ослабление этой системы на всех уровнях ее регуляции (гипоталамус и гипофиз) и на периферическом уровне коры надпочечников. В результате существенно снизился уровень гормонов в периферической крови у ручных лисиц. — Получается, что и сам стресс ослаблялся в процессе доместикации? — Точнее, ослаблялся не стресс, а реакция на него у отбираемых по поведению лисиц, по сравнению с неселекционируемыми животными. Что касается гормонов, вовлекаемых в регуляцию стресса, а также кортикостероидов — гормонов, синтезируемых корой надпочечников (это самое периферическое звено в гипофизарно-надпочечниковой системе стресса), то они с самых ранних этапов развития участвуют в регуляции многих процессов эмбриогенеза и в регуляции генетической экспрессии на этой ранней стадии развития. Иными словами, отбор действительно изменял онтогенетическую регуляторную систему и, как следствие, индуцировал возникновение некоторых формообразовательных эффектов. — И какие выводы были сделаны на начальных этапах экспериментальной доместикации? — Анализируя результаты этого эксперимента Дмитрий Константинович в свое время разработал концепцию дестабилизирующего отбора как антитезу концепции стабилизирующего отбора, которая была создана крупнейшим русским эволюционистом И. И. Шмальгаузеном. Суть теории Шмальгаузена состоит в том, что естественный отбор стабилизирует стандартный фенотип, т.е. не дает проявляться изменчивости. Если изменчивость по какому-нибудь адаптивному признаку выходит за пределы видовой изменчивости, стабилизированной в процессе эволюции, то велика вероятность, что естественный отбор ее элиминирует. Беляевская же концепция называется «концепцией дестабилизирующего» отбора, который нарушает онтогенетическую регуляцию некоторых процессов развития и тем самым индуцирует изменчивость. Действительно, на определенных этапах отбора изменчивость у лисиц в нашем эксперименте возникала просто взрывообразно. Потом, за этим периодом интенсивного возникновения новых форм наступил так называемый период стазиса, когда новые формы стали возникать гораздо реже. Между прочим, такой период наблюдался и в историческом процессе доместикации. Взрывообразное возникновение изменчивости наблюдалось на самых ранних стадиях, за которыми следовал период стазиса. Повторный взрыв возникновения новых форм появился только тогда, когда возникла уже научно осознанная селекция, когда человек к их созданию стал подходить с научных позиций. Трудно сказать, отражает ли наблюдаемый период относительной стабильности формообразования в нашем эксперименте общую с историческим процессом закономерность. Дело в том, что в перестроечное время общих для всех нас трудностей, когда порой нечем было кормить и лечить животных, мы потеряли много уникальных форм. К сожалению, носители всего нового менее жизнеспособны, поскольку возникшие мутации не интегрированы с генным пулом и несколько нарушают так называемый генетический гомеостазис. — Чем ваша научная группа занимается в последнее время, какие основные задачи вы ставите перед собой? — На данном этапе перед нами стоит главная задача — понять, какие молекулярно-генетические механизмы детерминируют появление новых типов поведения и их коррелированных последствий. Когда, например, паралелльно с поведением изменяется форма черепа, длина конечностей, хвоста и т.д., то, естественно, возникают вопросы: что же, такие, казалось бы, далекие биологические черты как поведение и скелетная система могут находиться под контролем одних и тех же генов? Стало быть, мы меняем и скелетную систему? Могут ли в принципе быть общие гены, регулирующие поведение и скелетную систему? Мы поставили перед собой такой вопрос и стараемся найти на него ответ. — Решить проблему вы пытаетесь самостоятельно или вам помогают в этом зарубежные коллеги? — Дело в том, что молекулярно-генетические исследования являются очень дорогостоящими: нужно иметь определенный штат соответствующим образом подготовленных сотрудников, дорогие реактивы. Однако организацию такой работы облегчило то обстоятельство, что нашими популяциями лисиц очень интересуются зарубежные ученые. Мы тесно сотрудничаем с тремя университетами США. С Корнелльским университетом мы на молекулярном уровне изучаем поведение, пытаемся найти гены, которые контролируют «дружелюбное» поведение наших лисиц. Существуют гены так называемых транскрипционных факторов. Эти факторы на разных стадиях развития участвуют в регуляции активности очень многих других генов. Так, может быть, некоторые из генов, которые контролируют поведение, как раз и представляют по своей природе гены вот этих транскрипционных факторов? Тогда бы легче было объяснить многие формообразовательные эффекты отбора по поведению. Вместе с учеными из университета штата Юты мы и ищем гены, общие в регуляции поведения и морфологии скелетной системы. Примерно в том же направлении у нас осуществляется сотрудничество и с одной из лабораторий Гарварда, вместе с которой мы тоже занимаемся поиском генов, детерминирующих форму черепа и ее изменения в процессе отбора; изучаем параллелизм этих изменений с теми, которые произошли в процессе антропогенеза. Ведь многие ученые проводят параллели между доместикацией животных и эволюцией человека, находят даже общие закономерности. С другой группой Гарвардского университета мы пытались анализировать механизмы эволюционного возникновения некоторых свойств поведения, в частности, способности собак понимать социальные сигналы человека и использовать при адаптации. Например, собаке предлагают корм, спрятанный в одной из двух мисок: достаточно жеста или взгляда человека, чтобы она правильно поняла эти подсказки и пришла к цели. — Конечно, собака все понимает — ведь она с рождения находится рядом с человеком, знает даже значение многих слов и жестов, того и гляди — сама заговорит! — А для того, чтобы подтвердить или опровергнуть это предположение, ученые из Гарварда сравнили собак, с рождения выращенных в полной изоляции, и волчат, которые росли рядом с человеком. Так вот, собаки, контакт которых с человеком был сведен практически до минимума (им молча приносили корм, забирали миски — и все), так же безошибочно понимали социальные подсказки, как и наши домашние любимцы. А волк подсказок не понимает, слюной истекает, тычется то в одну, то в другую миску и не знает, какую выбрать. Так же обстоит дело и с шимпанзе (с ней тоже работают гарвардцы). Она решает очень сложные интеллектуальные задачи, но для решения этих задач подсказки человека ей не нужны, она их просто не понимает. — Так значит, такая способность собак тоже могла возникнуть в процессе доместикации? — В том-то и дело. Возникло предположение, что в процессе одомашнивания волка затрагиваются какие-то гены, которые и контролируют способность понимать социальные подсказки и сигналы человека. Тогда интересно было бы сравнить ручных лисиц, которые отбирались по поведению, и лисиц промышленной популяции, которые разводились только для получения меха. И те, и другие содержались в условиях относительной изоляции в отдельных клетках, получали одинаковый корм. Но одни разводились с учетом их поведения, а другие — нет. Крайне интересно, что между этими лисицами выявлена разница в способности понимать социальные сигналы человека. — Вы работаете, в основном, с лисицами или наблюдаете за поведением других животных? — У нас есть еще одна модель доместикации — дикой серой крысы, на которой мы ведем селекционный эксперимент, подобный тому, что осуществляется на лисице. Кстати, нашими крысами заинтересовались эволюционные антропологи из Лейпцига. Директор Института эволюционной антропологии С. Паабо приезжал в Новосибирск, посмотрел лисиц, крыс и предложил сотрудничать. — Есть ли разница между доместикацией лисиц и крыс? — Лисы были интродуцированы в условия неволи за пятьдесят лет до того, как мы начали исследования. А крыс отлавливали прямо из природы, т.е. эксперимент по их доместикации проводился в чистом виде, «с нуля». У отловленных крыс только около 5 % в первом поколении давали потомство, многие просто гибли в клетках, у других помет был нежизнеспособным. Но все-таки нам удалось создать исходную популяцию диких крыс. В этой популяции, так же как и в исходной популяции лисиц, мы начали отбор наиболее толерантных к человеку и наименее агрессивных животных. Одним из ярких морфологических маркеров доместикации животных являются пегость — белая пятнистость на кожно-меховом покрове животных. Этот признак имеется у многих домашних животных. Возникает он и у наших объектов экспериментальной доместикации. Гены, которые контролируют депигментацию, почему-то вовлекаются в сферу действия отбора на доместикацию. И не только вовлекаются, но и проторяют дорогу другой изменчивости. У доместицируемых крыс пегости тоже возникают. В отношении же других формообразовательных последствий пока трудно делать какие-либо заключения. Серьезного анализа морфологических последствий отбора крыс по поведению пока не проводилось. — Чем предполагаете заняться в дальнейшем? — В настоящее время мы имеем два действующих проекта, связанных с моделью доместикации на лисице, и работаем над ними. Как я уже говорила, они посвящены молекулярно-генетическому анализу поведения и молекулярной природе его взаимосвязи с морфологией. Это очень масштабные и длительные проекты, поскольку ставится задача проанализировать на молекулярном уровне такие сложнейшие признаки, как свойства поведения и морфологические черты. Прежде чем переходить на молекулярный уровень изучения этих признаков, необходимо проанализировать их фенотипическую структуру и определить, что же из этой структуры пригодно для анализа на молекулярном уровне. Исследования другого объекта экспериментальной доместикации — серой крысы — также переводятся на молекулярный уровень. В соответствии с концепцией дестабилизирующего отбора, отбор по поведению изменяет регуляторные механизмы генетической экспрессии в процессе онтогенеза. В настоящее время есть современные технологии, с помощью которых можно оценить экспрессию сразу большого числа генов. Это так называемый микро-ЭРрей анализ. Такая технология активно используется учеными Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге. С лабораторией генетики этого института у нас также сотрудничество. Мы вывезли наших крыс в Лейпциг, там создаются их дочерние популяции, и с помощью этого анализа будут изучаться воздействие доместикации на генетическую экспрессию. — Можно ли уже сделать какие-то выводы на основе данных микро-ЭРрея? — Понимаете, для получения каких-либо результатов надо, чтобы анализируемые поколения родились и выросли в условиях вивария в Лейпциге. Перевозка, содержание в другом месте, использование иных кормов — все это сказывается на генетической экспрессии. В настоящее время в Лейпциге уже имеются доместицируемые и агрессивные крысы, рожденные и выращенные в стандартных условиях зарубежного вивария. Они и станут объектами изучения эффектов доместикации на генетическую экспрессию. Кроме того, в Германии уже получено гибридное поколение от скрещивания ручных и агрессивных крыс. Получается даже потомство от скрещивания гибридных особей между собой. В этом потомстве происходит расщепление по генам доместикации, и с помощью анализа ДНК этого расщепляющегося поколения мы надеемся локализовать гены, детерминирующие различия в поведении между ручными и агрессивными крысами. Эксперимент продолжается… Фото  В. Новикова стр. 1, 6