Трое ученых из Цюрихского университета рассказали недавно об интересном результате долговременного эксперимента с популяцией диких мышей, которые жили в регулярном контакте с людьми. Хотя никакого отбора среди них не производилось и их размножение никак не контролировалось, у этих мышей стали появляться – и чем дальше, тем чаще – внешние признаки, характерные для животных, которые давно разводятся человеком.
Мадлен Гайгер (Madeleine Geiger), Марчело Санчес-Виллагра (Marcelo R. Sánchez-Villagra) и Анна Линдхольм (Anna K. Lindholm) в 2002 году поселили в пустом амбаре в швейцарской деревне Иллнау двенадцать диких мышей, которых отловили на соседних крестьянских фермах. Поселение было свободным, так как в амбаре было достаточно дыр и щелей, через которые мыши могут выбраться наружу или проникнуть внутрь. Однако все эти ходы были достаточно узки, чтобы дать грызунам защиту от хищников: кошек, лис, сов, куниц. Внутри амбара были постоянно пополняемые учеными запасы питьевой воды и еды (смесь овса и коммерческого корма для грызунов). Единственное, что надо было терпеть мышам, это регулярные визиты исследователей.
В итоге мыши, которые спокойно относились к периодическим контактам с людьми, остались жить в амбаре и дали начало устойчивой популяции, которая со временем значительно выросла. Сейчас ее численность колеблется от 250 до 430 особей. Хотя от хищников эти мыши защищены, они не избавлены от воздействий болезней и паразитов, которых они получают при контактах с внешними сородичами (в одной из предшествующих публикаций этой исследовательской группы сравнивалась динамика туляремии в природных популяциях диких мышей и у мышей в экспериментальном амбаре). Посторонние мыши проникали иногда и в амбар, но, по наблюдениям ученых, там не задерживались. Местные амбарные мыши со временем утратили страх перед людьми и спокойно бегают по ботинкам ученых, когда те заходят, чтобы провести очередные наблюдения. На момент написания статьи эксперимент продолжается уже четырнадцать лет.
Спустя четыре года после начала эксперимента исследователи стали замечать в шерсти у мышей небольшие белые пятна. Сначала они были совсем маленькими, в виде групп из восьми белых волосков. Но годы шли, и пятна становились крупнее, и у мышей попадались все чаще. С 2010 до 2016 год доля взрослых мышей, у которых имелись белые пятна, в экспериментальной популяции выросла более чем вдвое.
Ученые заметили еще одно изменение. Жившие в амбаре мыши стали меньше размером, также уменьшился (в среднем на 3,5 %) размер их головы. Подробнее об итогах эксперимента можно прочитать в статье, опубликованной в Royal Society Open Science.
Увеличение численности мышей с белыми пятнами на шерсти (b) по сравнению с мышами обычной расцветки (c). Geiger et al. / RSOS 2018
Итоги швейцарского эксперимента можно сопоставить со знаменитым экспериментом новосибирских ученых по созданию домашних лисиц. Он был начат в 1959 году генетиком Дмитрием Беляевым, директором Института цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР, в будущем – академиком АН СССР. С 1959 года Дмитрий Беляев и его сотрудники разводили лисиц серебристо-черной породы, планомерно отбирая для дальнейшего разведения особи, которые проявляли наибольшие дружелюбие и послушность человеку. Первые результаты эксперимента были обнародованы еще в 1960-х, со временем в результате этих работ возникла домашняя лисица (известна также как «лисица Беляева»). Таких лисиц, а также одомашненных американских норок, разводят в Новосибирске продолжатели дела Дмитрия Беляева, хотя в 2000-е годы ученые были вынуждены значительно сократить масштаб работ. Возглавляет исследования профессор Людмила Трут, заведующая лабораторией генетических основ доместикации ИЦиГ СО РАН.
Памятник Дмитрию Беляеву с одомашненной лисой в Новосибирске
Для нас работы новосибирских ученых интересны в связи со следующим фактом. Никакого отбора по внешним признакам Дмитрий Беляев и его коллеги на проводили, они выбирали лисиц только по чертам поведения. Однако в ходе их работы выяснилось, что «лисицы Беляева» часто имеют и некоторые внешние признаки. У них нередко появляются светлые пятна на шерсти, голубые глаза, встречаются закрученные хвосты и вислые уши, как у домашних собак.
Домашние лисы на прогулке
Изменение облика животных в процессе одомашнивания становится, по мнению ученых, побочным эффектом отбора на основе поведенческих признаков. У менее агрессивных лисиц со временем стали заметны отличия от диких представителей своего вида в работе системы нейромедиаторов, в частности заметно отличается уровень серотонина в их мозге, активность ферментов, связанных с метаболизмом серотонина, а также экспрессия серотониновых рецепторов. Эти изменения затрагивают не только поведенческие особенности животного, но и многие другие признаки. Причем происходит это еще на эмбриональной стадии.
Беляев и его коллеги проверяли генетические эффекты доместикации, пересаживая эмбрионы от диких лисиц одомашненным и от одомашненных диким. Родившихся лисят можно было легко отличить по окраске, ведь те, чьи предки прошли отбор на понижение агрессивности, были серебристо-черными, а не рыжими. Лисята демонстрировали унаследованное характерное поведение вне зависимости от того, родила ли их дикая и домашняя лисица. Рыжие рычали и скалили зубы при приближении человека, а черные были дружелюбны.
Среди идей Дмитрия Беляева был и эксперимент по искусственному отбору среди шимпанзе. По его замыслу, можно было бы в течение поколений отбирать потомство шимпанзе по способности к экстраполяции и по сниженной агрессивности, отслеживая возникающие изменения. Знаменитый приматолог Джейн Гудолл выразила поддержку идеи такого эксперимента, но признала, что реализовать его будет очень трудно, а времени он потребует значительно больше, чем эксперимент с лисицами, ведь в природе самки шимпанзе размножаются только с 13 – 14 лет, а для полноценного развития детенышей требуется, чтобы он в течение нескольких лет рос в общении с матерью. По крайней мере пока эта идея Дмитрия Беляева остается смелым планом.
Что же касается изменений различных признаков домашних животных, которые не были сознательно выбраны при их разведении, то такой эффект был замечен еще Чарльзом Дарвином, назвавшим его «синдромом одомашнивания». Синдром включает изменение цвета шерсти, появление пятнистой окраски уменьшение зубов, изменение пропорций лицевого отдела черепа (более короткая морда), уменьшение общей длины тела, изменение формы ушей и хвоста, более долгое сохранение черт поведения, свойственных невзрослым особям и другие черты. Эти факты подтверждаются как практикой животноводства XIX – XX веков, так и данными зооархеологов, проследивших вариации размеров домашних животных по костям. Важно, что схожие внешние и физиологические признаки могут появляться у разных видов одомашненных животных (например, закрученный хвост у собак и свиней).
Дарвин не смог дать объяснение «синдрому одомашнивания». Современные ученые связывают его с отбором животных по поведенческим признакам, которые приводит к дальнейшим изменениям и других признаков. Но детали предлагаемых объяснений отличаются. В частности, проявления «синдрома одомашнивания» предлагают связывать с изменениями в концентрации тиреоидных гормонов, влияющих как на работу нервной системы (и, следственно, на поведение), так и на развитие организма.
Другая гипотеза связывает возникновение «синдрома одомашнивания» с особенностями развития так называемых клеток нервного гребня. Этот гребень возникает в ходе развития зародыша, когда края его нервной пластинки смыкаются, чтобы образовать нервную трубку – основу будущих головного и спинного мозга. Клетки в месте стыка (на «гребне») мигрируют в разные части зародыша, оказывая влияние на различные органы, в частности они участвуют в образовании надпочечников, гормоны которых в организме определяют реакцию на угрозу. Еще одна группа клеток нервного гребня после перемещения образует меланоциты – клетки, вырабатывающие пигмент меланин.
Образование нервного гребня у эмбриона
Как предположили в 2014 году Адам Уилкинс (Adam Wilkins) из Гумбольдтовского университета в Берлине, Ричард Рэнгхем (Richard W. Wrangham) из Гарварда и Текумсе Фитч (W. Tecumseh Fitch) из Венского университета, при одомашнивании люди отбирали для размножения более спокойных и послушных животных, а эти качества на самом деле были связаны с генетическими мутациями, вызывавшими дефекты нервного гребня у эмбрионов. «Синдром одомашнивания» представляет собой, по мнению Уилкинса и его коллег, проявления недостатка клеток нервного гребня во всех местах, где они задействованы. Меньшее число меланоцитов ведет к появлению светлой окраски, недостаточное развитие ушного хряща – к повислым ушам и так далее. В дальнейшем все эти черты закрепляются у последующих поколений.
Швейцарский эксперимент интересен тем, что он впервые продемонстрировал «синдром одомашнивания» в условиях, когда люди вообще не проводят никакого отбора, даже по поведенческим признакам. Один из авторов «гипотезы нервного гребня» Текумсе Фитч предполагает, что данная работа поможет объяснить «синдром одомашнивания». Изменения в облике мышей соответствуют ожиданиям при нарушениях в нервном гребне. Проверкой же может послужить исследование работы соответствующих генов.
