Муки творений

Мы приручили и одомашнили множество животных видов, создали тысячи гибридных растений, и не собираемся на этом останавливаться — особенно теперь, когда у нас есть инструменты редактирования генома. Но жизнь, однако, штука сложная, и целенаправленно «подкрутив» в одном месте, мы часто влияем на те ее стороны, о которых даже не задумывались, закатывая рукава. Давайте посмотрим на некоторые примеры того, как внезапно иногда меняется жизнь тех, кого мы вывели.

Представьте, что рассматриваете картины XVI-XVII веков в музее. Вы идете по залу, заполненному реалистичными полотнами с натюрмортами: охотничьи трофеи, кувшины с вином, блюда с фруктами. С утками и куропатками вроде бы все в порядке, но присмотревшись к фруктам и овощам, внимательный посетитель может насторожиться — они часто «какие-то не такие». И это действительно так: со времен написания этих картин облик привычных нам тыкв, дынь и арбузов изменился, зачастую кардинально. Над этими продуктами поработала селекция.

Плоды селекции повсюду – это и томаты с морковью, и домашние животные: собаки, кошки, грызуны. Первые селекционеры оставляли рядом с собой (и источником дешевой пищи) более дружелюбных к человеку животных, отбирали для посадки семена тех растений, чьи плоды показались им вкуснее. Позже стали записывать характеристики конкретных производителей, отслеживать линии, после чего селекция стала менее хаотичной. Постепенно сложилась практика: селекционеры стали скрещивать близкородственные линии для усиления и закрепления нужного им признака — и с дальними (иногда даже другими видами) для увеличения разнообразия и получения более сильного и плодовитого потомства.

Существующее разнообразие продуктов искусственного отбора поражает воображение — если знать, конечно, кто в вашем окружении «оригинальный», а кто нет. При этом на рынках и в магазинах, как правило, мы сталкиваемся всего лишь с самыми популярными в силу экономической выгодности этих сортов.

Например, все бананы в нашем представлении более-менее одинаковы, разве что встречаются в некоторых супермаркетах «мини-бананы» — они подороже, но слаще. Кто-то из нас, возможно, пробовал плантаны, более крупные и плотные бананы, которые сырыми не едят, а варят или жарят. Казалось бы, этим все исчерпывается. Но нет, сортов бананов на самом деле около 500!

При этом сами по себе бананы – это плоды нескольких культивируемых видов многолетних травянистых растений рода Musa, преимущественно банана заостренного (Musa acuminata) и банана Бальбиса (Musa balbisiana), а также еще пары-тройки видов и гибридов всех вышеперечисленных видов. Именно они дали все разнообразие существующих ныне сортов. Есть бананы большие, маленькие, красные, зеленые и даже голубые (кстати, последние еще и со вкусом ванильного мороженого). При этом плоды дикого банана особенной питательностью и вкусом похвастаться не могут: большие семечки внутри и, соответственно, не так уж много мякоти.

500 сортов это не предел. Яблонь – 7,5 тысяч сортов (большинство из них относятся к виду яблоня домашняя, Malus domestica, который, в свою очередь, произошел от яблони Сиверса, Malus sieversii), пшеницы — 30 тысяч (в основном выращивают пшеницу мягкую, Triticum aestivum, помимо нее культивируют еще пять видов).

В отношении животных числа будут уже не столь велики: искусственный отбор животных представляет собой более сложную задачу, хотя бы ввиду отсутствия вегетативного размножения. Сегодня известно 353 породы собак, 74 породы кошек. И все это множество форм выводилось с определенными целями.

Естественный отбор vs. искусственный

Естественный отбор – как правило, процесс медленный, занимающий многие поколения. В случае естественного отбора на организм влияет окружающая среда и сохраняются, размножаясь, наиболее приспособленные к ней особи, а в случае искусственного отбора размножением управляет человек, но в обоих случаях материал для изменений поставляют мутации. Искусственный отбор и скрещивание дают результат значительно быстрее: скрестив лошадь и осла, мы уже в первом поколении — впрочем, стерильном — получаем мула. В то же время известны случаи, когда видообразование в дикой природе произошло буквально у нас на глазах (отмечено у анолисов, вьюрков).

Искусственный отбор иногда двигается строго против естественного. В Китае популярны бои сверчков подсемейства Gryllinae. Существует обоснованное поверье, что чем крупнее у сверчка голова, тем лучше из него боец — поэтому ищут «сверчкозаводчики» именно таких насекомых. 

При этом китайцы не занимаются селекцией боевых сверчков, то есть не разводят их для того, чтобы усилить нужный признак — а просто ловят себе гладиаторов в природе, изымая таким образом из популяционного пула самых сильных самцов. Впрочем, исследований, подтверждающих влияние отлова сверчков на состояние признаков в популяции, пока не проводилось, так что привели ли уже азартные игры к тому, что головы китайских сверчков стали меньше, мы пока сказать не можем.

Одомашнивание и селекция идут рука об руку. В результате одомашнивания, т.к. люди стараются снизить пресс хищников и других негативных воздействий среды, стабилизирующий отбор (разновидность естественного, при котором отбраковываются отличающиеся варианты признака) отключается и появляется гигантское разнообразие форм, из которых впоследствии отбираются подходящие человеку.

В знаменитом многолетнем эксперименте Дмитрия Беляева по одомашниванию черно-бурых лис у последних происходит скручивание хвостов в колечко, укорочение и расширение лицевого отдела черепа, появляется вислоухость, т.е. черты, свойственные и собакам.

Правда, вместе с положительными вариантами всплывают и множество вредных или просто не очень удобных, и они тоже закрепляются близкородственным скрещиванием. В гетерозиготном состоянии аллель гена с негативной мутацией компенсируется здоровой аллелью, а при близкородственном скрещивании одинаковые аллели накапливаются и могут сохраниться как раз нездоровые варианты, если селекционер работает по другому признаку.

Нужно было больше пользы

Важной целью селекции всегда было повышение питательности и плодовитости. Тут показательна история перца стручкового, или однолетнего (Capsicum annuum). Это вопреки своему названию многолетнее растение происходит из Центральной Америки и в Европу было завезено Колумбом.

В XV веке перцы были маленькими и жгучими. Чувство жжения вызывается алкалоидом капсаицином, его количеством определяется острота перца. Благодаря селекции в Европе от капсаицина удалось избавиться и получить крупные толстостенные сладкие сорта, те, что у нас известны как болгарский перец. Разумеется, также нашлись любители острого, которые вывели очень (табаско), и очень-очень острые сорта («дыхание дракона»). Но, как выяснилось, сладкий перец чаще подвержен поражению фитофторой Phytophtora capsici, чем жгучий, поэтому биологам приходится разрабатывать специальные сложные программы для возвращения резистентности к заболеванию: устойчивость перцев к фитофторе — это признак, который зависит от множества генов.

Повышенная питательность и урожайность часто сопровождаются неустойчивостью к изменениям среды, что произошло с кукурузой и европейской пшеницей. В обоих случаях из-за снижения генетического разнообразия (как следствия искусственного отбора) наиболее урожайные сорта оказались плохо приспособлены к изменениям климатических условий.

Плодовым деревьям повышение урожайности может грозить измельчанием плодов, либо переламыванием ветвей под тяжестью созревших фруктов.

Многие породы собак и лошадей были выведены для выполнения вполне конкретных задач. Так, для охоты на зайцев, волков и копытных люди вывели борзых, для охоты на норных животных ⏤ такс и фокстерьеров, для пастушества ⏤ овчарок. Среди лошадей есть тяжеловозы и скаковые породы.

При формировании таких специализированных форм могут проявляться забавные и не очень побочные эффекты.

Так, добродушные и обучаемые лабрадоры-ретриверы — прекрасные спасатели, поводыри и компаньоны — славятся также тем, что жуют все, что плохо лежит. А связано это неудобное поведение с делецией в гене ПОМК (гена, кодирующего последовательность прогормона проопиомеланокортина), который регулирует вес и аппетит. Благодаря этой мутации лабрадоры оказались одной из самых склонных к ожирению породой собак. 

Таксы — норные охотники, прогонистые, коротколапые. Но у такс слабая спина, поэтому им не стоит слишком быстро бегать, особенно когда хозяин берет пса в велосипедную прогулку. Из-за слишком длинного позвоночника и короткой грудной клетки они в 10-12 раз чаще получают грыжи межпозвоночных дисков, иной раз доводящие до паралича. Помимо нездоровой спины, у такс часто бывают больные суставы ног. Немудрено, таксы отбирались на коротконогость, а их коротконогость — результат мутации в гене, кодирующем фактор роста фибробластов (FGR3). Факторы роста фибробластов  играют важную роль в развитии клеток и тканей, и упомянутая мутация приводит к нарушениям развития скелета.

Порода с древней историей, борзые, были выведены для скоростной погони за видимой добычей. Это достаточно здоровая порода, хотя и у этих собак есть свои наследственные заболевания. У примерно 15 процентов взрослых борзых начинается облысение бедер, распространены патологии сердца. Дополнительные трудности ветеринарам, к которым приводят этих собак, причиняет то, что на борзых неправильно работает стандартная анестезия, которая либо приводит к гипотермии, либо просто слишком долго длится из-за замедленной трансформации анестетиков в печени.

Не только стремление получить более питательную пищу или более ловких охотников приводят к странным последствиям. Иногда первичная цель – именно необычный внешний облик.

Зато это красиво

Стремление к прекрасному привело к расцвету садоводства и комнатного растениеводства. Каких только форм и расцветок не добились селекционеры, взять хотя бы сирень. Сирени, род Syringa, это кустарники, принадлежащие семейству маслиновых (Oleaceae). Известно более 2300 сортов сиреней, отличающихся цветом (от белоснежного до темно-лилового), высотой куста, даже степенью закрученности лепестков. У сортов «капитан Гастелло» и «Алексей Маресьев» лепестки закручены в форме пропеллера, отчего сорта и получили свои наименования. Среди сиреней, да и в общем среди декоративных растений распространены махровые варианты, но с размножением им труднее: насекомым-опылителям сложно добраться до пестиков и потому они реже выбирают такие цветы. У густо-махровых сиреней к тому же мало тычинок или они слабо развиты, поэтому и искусственное опыление представляет непростую задачу.

Не только растения пали жертвой человеческого стремления к прекрасному. У некоторых пород голубей, например, у берлинского короткого голубя, такой маленький клюв, что для выведения птенцов требуются голуби других пород с более длинными клювами, так называемые «кормилки».

Встречаются казусы и среди рептилий. За последнее время террариумисты получили множество цветовых морф популярных чешуйчатых питомцев: бородатых агам, эублефаров, маисовых полозов и других. Оказалось, что распространенная морфа spider у королевских питонов (Python regius) ассоциирована с неврологическим расстройством ⏤ синдромом Вобблера, который характеризуется патологиями спинного мозга и, как следствие, вихлянием, раскоординацией движений, что делает существование этих змей дискомфортным. И хотя авторы не смогли применить статистические методы к полученным данным из-за малого размера выборки, этот случай заставляет задуматься о проведении более масштабных исследований среди домашних рептилий.

Мопсы тащат на себе целый воз такого добра. Считается, что эту породу вывели в Китае ради складок на лбу, создающих рисунок наподобие иероглифа. Складки эти нужно непременно чистить, чтобы предотвратить появление дерматита. Из-за своеобразного укороченного строения черепа глаза мопсов всегда навыкате. Подобные проблемы ⏤ вообще бич мопсов, в их глаза вечно что-то попадает, а в некоторых случаях глазные яблоки вовсе вываливаются из глазниц. Но у этих собак ещё более серьезные проблемы связаны с дыханием и терморегуляцией. Их дыхательный тракт тоже укорочен, поэтому мопсы с трудом дышат, легко перегреваются, особенно в самолетах, и многие авиакомпании даже запретили их перевозку из-за частых смертей этих собак в полете.

Есть еще одна любопытная особенность, касающаяся и мопсов, и других короткоголовых (брахицефальных) пород собак. В результате отбора на укорочение черепа изменилась сама организация мозга. А именно — произошла ротация и смещение обонятельной доли под большие полушария головного мозга. К чему это могло привести с точки зрения работы мозга, пока неизвестно, но вероятно именно благодаря этому брахицефальные породы плохо улавливают запахи (а вовсе не из-за коротких обонятельных трактов, как всегда считалось).

Как помочь содеянному

Сначала изобильно породив самые разные виды с трудом адаптирующихся к среде существ, люди теперь пытаются понести ответственность за тех, кого вывели и ищут способы компенсировать груз накопленных негативных мутаций.

Вот, например, бройлерные цыплята обладают чрезмерно развитыми пекторальными (грудными) мышцами. Но их опорно-мышечный аппарат не адаптирован к поддержанию такой массы, поэтому они много лежат, хромают и страдают от болей в ногах, качество мышечной ткани падает, появляются фиброзы. С этим можно бороться, увеличивая расстояние до кормушек и поилок, располагая препятствия на пути к ним, а также конструируя специальные приспособления с лазерными лучами. Лучи в течении четырех минут перемещались по отсеку с цыплятами случайным образом — и те действительно начали двигаться больше, что авторы изобретения объясняют «пробуждением» в этих птицах «врожденного охотничьего инстинкта».

С собаками все немного проще: если следить за диетой лабрадора и давать ему адекватную физическую нагрузку (бег и плавание), тот сможет избежать излишнего веса. А распространенная идея о вреде для такс подъема по лестницам неверна: напротив, умеренный подъем укрепляет позвоночник собаки.

Но хорошего и универсального способа предсказать, как изменится вид, если на него «надавить» селекцией, у нас все еще нет. Это мы можем выяснить только экспериментально. Возможно, здесь нужно сказать что-то про чувство ответственности?

Евгения Соловьева