Ученые обнаружили в генетических данных два исчезнувших вида лошадей
Анализ генетических данных, полученных из останков почти 300 древних лошадей, позволил ученым обнаружить две ранее неизвестные ветви генетического древа лошадей, которые практически никак не связаны с современными и относятся к ним примерно так же, как неандертальцы и денисовцы — к сапиенсам. Авторы исследования, опубликованного в Cell, обнаружили также бутылочное горлышко — момент резкого снижения генетического разнообразия домашних лошадей, связанного с селекцией.
Приручение лошадей привело к коренным изменениям в древнем мире и позволило людям распространять свою культуру и свои гены (а также болезнетворные вирусы и бактерии) на огромные расстояния. С лошадьми связывают распространение индо-европейских языков, появление новых форм металлургии и новых способов ведения войны. Предположительно, лошадей одомашнили люди ботайской культуры, существовавшей 5,7-5,1 тысяч лет назад на территории современного Казахстана. Судя по находкам в их поселениях (1, 2), ботайцы изготавливали упряжь и взнуздывали лошадей, изображали их на посуде и пили кобылье молоко. К тем же выводам пришли генетики, проанализировав ДНК из конских останков с ботайских стоянок.
Однако в 2018 году группа под руководством Людовика Орландо (Ludovic Orlando) из Тулузского и Сандры Олсен (Sandra Olsen) из Канзасского университета выяснила, что лошади, жившие в Евразии последние четыре тысячи лет, в том числе современные, произошли не от ботайских, а от неизвестных лошадей. Геном современных лошадей совпадает с ДНК ботайских всего на 2,8 процента. Ботайцы оказались предками современных лошадей Пржевальского, которые до сих пор считались единственными существующими до сих пор дикими лошадьми, а оказались, видимо, одичавшими.
Теперь Орландо и его коллеги предприняли значительно более масштабное исследование генетического прошлого лошадей. Коллектив, в который вошел 121 ученый из и почти 30 стран и 85 институтов (включая российские Институт истории материальной культуры, Институт экологии растений и животных и Самарский социально-педагогический университет), проанализировал генетические данные из 278 костных останков лошадей, собранных по всей Евразии, живших на протяжении последних шести тысяч лет.
Собранные данные позволили более чем в два раза увеличить объем генетической информации о древних лошадях, собранных на настоящий момент. Большая часть изученных останков действительно принадлежали лошадям (175 самцов, 70 самок), шесть принадлежали другим видам семейства лошадиных (три кулана и три осла), еще 27 были останками мулов.
Как оказалось, все современные породы лошадей отличаются меньшим генетическим разнообразием, чем лошади жившие более 200 лет назад (медианное снижение 16,4 процента). При этом в предыдущие четыре тысячелетия это уровень оставался примерно одинаково высоким по сравнению с современным. Это означает, что ранние «всаднические» цивилизации поддерживали генетическое разнообразие лошадей на достаточно высоком уровне.
В частности, сильное падение разнообразия наблюдается у Y-хромосомы современных лошадей, что может быть связано с отбором небольшого числа жеребцов для размножение. Прежние исследования показывали, что этот процесс начался в период между 900 годом до нашей эры и 400 годом нашей, однако теперь исслеовали выяснили, что постепенное снижение разнообразия Y-хромосомы начинается в Европе и Азии примерно 2 тысячи лет назад, но до современного уровня оно падает в интервале с 850 по 1350 год. Однако после эпохи Возрождения это разнообразие снижается еще сильнее — от 4 до 10 раз.
Генетические данные позволили проследить перемещения лошадей по миру. В частности, современные лошади Исландии и Шетландских островов оказались потомками лошадей, живших в 7-9 веках в северной Европе, Британии и Эстонии. Другие распространенные породы европейских лошадей принадлежат к другой группе, которая впервые появилась на территории Хорватии в 9 веке, но отсутствовала в северной Европе. Ученые связывают это с появлением в Средиземноморье арабов, которые во время своих походов привели в Европу персидских по происхождению лошадей.
Домашние лошади (Equus ferus caballus) и лошади Пржевальского (Equus ferus przewalskii) сегодня считаются единственными существующими видами лошадей. Несколько лет назад ученые, анализируя генетические данные, полученные из трех костей, выяснили, что в период с 43 до 5 тысяч лет назад существовал третий вид. Его морфологические свойства были схожи с особенностями вымершей ленской лошади (Equus lenensis). Мумия такой лошади была найдена на крайнем севере Якутии и описана в 2018 году российскими палеонтологами (читайте нашу новость об этой находке).
Однако теперь ученые выяснили, что этот исчезнувший вид обитал и значительно южнее — об этом свидетельствует анализ генетических данных из костных останков, найденных в Туве, в районе урочища Мерзлый Яр. Этот новый образец очень сильно отличался по митохондриальной ДНК от трех «исходных» костей, и похожие черты были свойственным только остаткам, найденным на Новосибирских островах, и относящихся к эпохе около 33 тысяч лет назад. По словам исследователей, это означает, что некий ранее неизвестный «призрачный» вид передал часть своих генов предкам лошади из Мерзлого яра, однако когда и где произошел этот контакт остается неясным.
Ученые также обнаружили, что лошади, обитавшие на Иберийском полуострове с 3 по начало 2 тысячелетия до нашей эры, генетически отличаются и от Equus lenensis, и от лошадей Пржевальского (и их ботайских предков), а также от предков современных домашних лошадей. Это означает, что во времена первичного одомашнивания на крайнем западе Евразии существовал четвертый вид лошадей.
Они обладали резко отличной от других групп митохондриальной ДНК, их кости были найдены в Испании на двух стоянках медно-каменного века и одном поселении бронзового века. Археологический контекст находок не позволял определить, были ли животные одомашнены. Расчеты показали, что эти иберийские лошади почти никак не связаны с современными домашними лошадьми. Их вклад в геном нынешних лошадей оценивается лишь в 1,4–3,8 процента.
Недавно генетики выяснили, когда появились лошади-иноходцы. По-видимому, «мутация иноходцев» в гене, отвечающем за координацию движения конечностей, появилась в Англии в IX веке. А в Европу лошадей-иноходцев завезли викинги.
Сергей Кузнецов
Также на когнитивное снижение повлияли варианты Гена APOE: аллель APOE4 его ускорила, а аллель APOE2 — замедлила
Исследователи из Колумбии и США изучили, как генотип аполипопротеина и годы образования влияют на когнитивные функции при наследственной болезни Альцгеймера. Выяснилось, что у носителей мутации PSEN1 E280A, связанной с семейной болезнью Альцгеймера, когнитивное снижение наступает раньше и развивается быстрее, если у них в то же время есть аллель APOE4, а у таких же носителей, но с аллелью APOE2, это снижение происходит медленнее. Также более медленное снижение когнитивных способностей было характерно для пациентов, которые больше лет жизни потратили на учебу, — и это к тому же ослабляло влияние особенно опасных вариантов APOE. Результаты опубликованы в Nature Communications. При семейной или наследственной болезни Альцгеймера (БА) когнитивный спад наступает рано и за несколько лет прогрессирует до слабоумия. Семейную болезнь Альцгеймера вызывают некоторые мутации, например, мутация E280A в гене мембранного белка пресенелина PSEN1. Еще один ген, влияющий на развитие и течение БА — ген белка аполипопротеина Е (APOE). Разные варианты этого гена связаны с большим или меньшим риском спорадической (ненаследственной) болезни Альцгеймера: аллель APOE4 повышает риск, а аллель APOE2 снижает его. О том, как варианты APOE влияют на развитие семейной БА известно мало. Одно небольшое исследование показало, что деменция у носителей мутации PSEN1 E280A наступает раньше, если у них есть аллель APOE4. Другое исследование не обнаружило влияния APOE4, но выявило, что аллель APOE2 задерживает клиническое начало заболевания примерно на 8 лет. Кроме того, на развитие БА влияют другие факторы: образ жизни, социально-экономические условия и другие показатели здоровья. Стефани Лангелла (Stephanie Langella) из Гарвардской медицинской школы вместе с коллегами из Колумбии и США решила выяснить, как варианты APOE и количество лет учебы влияют на когнитивные показатели пациентов с наследственной БА (исследователи не выделяли отдельно высшее образование или ученую степень, а смотрели именно на число лет, уделенных образованию). Для этого они проанализировали данные 675 носителей мутации E280A и 594 пациентов, у которых этой мутации не было. Носители и неносители мутации были членами одних и тех же семей. Ученые сравнивали баллы пациентов в краткой шкале оценки психического статуса (MMSE), которую используют для диагностики клинических проявлений деменции. Баллы MMSE у носителей и неносителей мутации PSEN1 E280A начинали различаться уже в возрасте 31,5 года — с этого момента когнитивные показатели носителей снижаются намного быстрее. У пациентов с мутацией E280A, у которых также была аллель APOE4 (141 человек), клиническое начало БА было более ранним, а у пациентов с мутацией E280A, но без аллели APOE4 (534 человека) — наоборот, наступало позже. Расхождения начинались в возрасте 44,3 лет — как раз во столько появляются первые признаки болезни Альцгеймера у пациентов с наследственной формой. Другая аллель, APOE2, напротив, была связана с более медленным когнитивным снижением в группе носителей PSEN1 E280A. А вот когнитивные траектории пациентов без мутации E280A были примерно одинаковыми и не зависели в от варианта APOE. Также исследователи обнаружили, что возраст начала клинических проявлений БА у пациентов с мутацией PSEN1 E280A зависел от количества лет, которые они потратили на учебу. Их когнитивные показатели снижались тем медленнее, чем больше они учились, — и это проявлялось особенно сильно у носителей аллели APOE4 и неносителей APOE2. То есть отрицательный эффект аллели APOE4 ослаблялся. Почти то же было и с неносителями мутаций, связанных с БА: более долгая учеба была связана с более высокими баллами MMSE, но здесь варианты APOE роли не играли. Пока не ясно, как именно аллель APOE4, связанная с большим риском, ухудшает течение семейной болезни Альцгеймера, и как другая аллель — APOE2 — от нее защищает. Но, как видно, большая продолжительность учебы снижает дополнительный риск. А иногда от вредного действия мутаций защищают другие мутации. Недавно исследователи обнаружили мутацию, которая отсрочила развитие семейной болезни Альцгеймера у мужчины. Это был редкий вариант гена RELN — H3447R или RELN-COLBOS. Клинические проявления начались у пациента почти на 20 лет позже обычного. Мужчина был не первым счастливчиком: до этого подобный случай был с женщиной, у нее мутация была как раз в гене APOE.