Ирина Лагунина: Третья передача цикла "Биология: итоги года" посвящена новым результатам геномики - тому, как генетики выяснили историю происхождения домашних животных, таких как курица и свинья, а так же значению, которое имеют для людей расшифрованные геномы макаки-резуса, опоссума и других животных. С доктором биологических наук Александром Марковым беседует Ольга Орлова.
Ольга Орлова: Александр, в предыдущих передачах, когда мы говорили об открытиях в палеонтологии и антропологии, вы неоднократно замечали, что результаты этих исследований так или иначе опирались на работы генетиков. Поэтому давайте теперь подробнее поговорим о геномике. Это направление, как мы видим, занимает значительную часть междисциплинарных исследований не только в биологии, но и археологии, истории. Какие еще интересные открытия удалось сделать генетикам в прошлом году?
Александр Марков: Некоторые из этих открытий связаны с историей домашних животных. Во многих случаях действительно неизвестно откуда появились, пошли те или иные домашние животные. Вот, например, давно стояла проблема, откуда в Америке доколумбовой взялись куры. Многие думали, что кур туда привезли европейцы. Потому что кур одомашнили в Азии в те времена, когда никаких контактов с Америкой и с американским населением не было. Но с другой стороны, сохранились исторические записи испанских завоевателей, из которых следовало, что, например, в империи инков домашние куры имелись в большом количестве. Откуда же они там взялись? Не могли же они успеть, даже если Колумб во время первой экспедиции привез полную каравеллу кур, чтобы они добрались до империи инков, там распространились и стали повсеместно домашней птицей - это было бы странно. Прошло всего 30 лет. Эта загадка так и висела в воздухе до тех пор, пока палеогеномика не сказала свое слово. Взяли найденные археологами кости доколумбовых времен, куриные кости, найденные в Чили, где жили арауканы, мапучи знаменитый единственный народ, который отстоял свою независимость, когда испанцы пытались завоевать. Так вот у этих мапучи есть своя порода кур местная, очень странная, с такими ушами как будто из перьев. Взяли ДНК у этих кур современных арауканских, взяли из археологических костей 600-летней давности и сравнили эти ДНК с ДНК разных современных пород со всего мира. И оказалось очень четко, что было доказано полинезийское происхождение арауканских кур. Тем самым было доказано, что полинезийцы доплывали до Южной Америки, тут уж никуда не денешься. Причем произошло это, по-видимому, где-то примерно около тысячного года нашей эры или 1200, как раз в это время полинезийцы, они были отважными мореплавателями, пересекали колоссальные пространства на своих утлых суденышках, пространство Тихого океана и добрались до самых отдаленных островов. И примерно в это же время они добрались до острова Пасхи, последний клочок суши, если плыть с Полинезии к Южной Америке и, по-видимому, в то же время какие-то полинезийцы со своими курами добрались и до чилийского побережья, и таким образом куры попали в Южную Америку и попали в империю инков потом.
Ольга Орлова: Надо сказать, что это говорит о том, что куры ценились. Они были настолько ценными, что мореплаватели их брали с собой, понимая, как много полезного несет с собой курица.
Александр Марков: Конечно, куда же без курицы. Конечно, полинезийцы плыли сознательно открывать новые земли. Они, понимали что если они упилят в океан на четыре тысячи километров, то вряд ли они найдут свой остров, если захотят вернуться. Они искали новые земли, чтобы там поселиться навсегда и брали с собой все самое ценное. Другое интересное исследование касается свиней. Откуда взялись в Европе свиньи? Известно, что свинья была первым одомашненным животным в Европе и археология говорит о том, что первые домашние свиньи появились в 9 веке до нашей эры на Ближнем Востоке. Но дальше было непонятно, каким образом эта домашняя свинья с Ближнего Востока попала в Европу, где впоследствии расцвело свиноводство. При помощи палеогентики, палеогеномики удалось ответить на этот вопрос. Извлекли ДНК из большого количества старых древних костей, найденных археологами в разных палеолитических, неолитических поселениях и так далее и оказалось, что первые свиньи, самые древние европейские свиньи имеют древневосточные гены. То есть это были действительно завозные импортные домашние свиньи с Ближнего Востока. Но потом через полторы-две тысячи лет после появления этих свиней в Европе появляется другая порода домашних свиней, родственная европейскому дикому кабану. И эта местная порода очень быстро вытесняет ближневосточную. И поэтому все современные европейские домашние свиньи генетические родственники дикого европейского кабана, а вовсе не домашних свиней с Ближнего Востока. Наконец в этом году впервые палеонтологи сумели выявить ДНК не просто отдельные кусочки, а целые митохондриальные геномы не из костей, а из волос ископаемых.
Ольга Орлова: Да, это было большое событие, что из волос научились извлекать митохондриальную ДНК.
Александр Марков: У нас выступал Федор Шидловский, создатель музея Ледникового периода, у которого огромная коллекция в музее волос мамонта.
Ольга Орлова: Теперь его музей бесценный источник для генетиков.
Александр Марков: Кости обычно жалко на анализы крошить, а волосы, никто раньше не знал, зачем они нужны, волосы и волосы, а оказалось, там сохраняется ДНК. Причем, что самое удивительное, ДНК остается в волосах, которые были извлечены из вечной мерзлоты двести лет назади, провалялись в музее. Первый знаменитый мамонт, который в Санкт-Петербурге лежал, в музее при комнатной температуре лежали волосы мамонта двести лет, даже из них удалось извлечь полный митохондриальный геном. Это благодаря новым методикам химическим, биохимическим извлечения и прочтения ДНК.
Ольга Орлова: А были какие-то интересные результаты с этим связаны?
Александр Марков: Пока еще нет. Только что совсем недавно было сообщение о факте, что смогли прочесть. Но в этой статье никаких выводов об эволюции мамонтов не сделано, там описана только методика. Видимо, все впереди.
Ольга Орлова: А в современной геномике какие интересные результаты получены? Ведь расшифрованы в этом году геномы нескольких животных, в частности, макаки-резуса. Расскажите об этом.
Александр Марков: Совершенно верно, сейчас все больше и больше полных геномов читают, методики совершенствуются. В этом году новое крупное достижение на этом фронте. Первые геномы были прочтены, в 94 или 95 году был прочтен первый геном бактерии. Это была тогда огромная сенсация, с тех пор прошло 13 лет и сейчас прочтено бактериальных геномов больше пятисот. Новые прочтенные бактериальные геномы уже даже не публикуются в высокорейтинговых журналах, а идут на заднем плане, потому что никакая не сенсация, никого этим не удивишь. Еще обращают внимание на прочтение геномов крупных, больших, заметных животных, млекопитающих прежде всего. И в этом году прочли геномы макаки-резуса прежде всего и опоссума. Что касается макаки-резуса, то это классический лабораторный объект, на котором ставят всякие опыты. До этого был прочтен геном человека, как мы знаем, и геном шимпанзе. И вот геном макаки-резуса - это третий геном примата, который был прочтен. Зачем нужен был третий геном? Дело в том, что со сравнительной геномикой примерно, как с хронометрами на корабле, их должно, быть как минимум три. Если один хронометр, мы не знаем когда он врет, если два и они показывают разное время, мы тоже не знаем, какой из них врет, а какой правильно показывает. А если три, тогда все в порядке, тогда мы уже не опоздаем. Вот так же и в сравнительной геномике. Если мы хотим понять, как происходила эволюция человека или эволюция шимпанзе, обязательно нужна внешняя группа, какой-то третий близкородственный геном. Смотрите, например, сравниваем геномы человека и шимпанзе, находим какое-то отличие, у человека такой ген, а у шимпанзе иной ген. Но мы понятия не имеем, в каком состоянии этот ген был у общего предка нашего, у кого собственно произошло изменение. Может быть человек унаследовал древний вариант гена и в эволюции человека ничего не произошло или наоборот. Это совершенно невозможно определить. До сих приходилось использоваться в качестве внешней группы мышь или крысу - это было ближайшее животное по родству. Но все-таки геном мыши значительно отличается по геному примата и во многих случаях оказывалось, что, допустим, у человека один вариант, у шимпанзе другой вариант, а у мыши третий вариант и опять ничего непонятно. Поэтому макака-резус был оптимальный выбор, который сразу позволил многие вещи определить и понять, какие мутации, какие хромосомные перестройки произошли именно у человека, в человеческой эволюционной линии, а какие в линии шимпанзе. Вот из сравнения генома макаки-резуса с геномами человека и шимпанзе стало ясно следующее, что эволюция приматов протекала очень неравномерно, не постепенно, а некими резкими скачками и очень большую роль в ней играли мобильные генетические элементы, так называемые транспозоны и ретро-транспозоны - это кусочки генома, отчасти обладающие свойствами вирусов, которые могут по собственной прихоти сами себя из хромосом человеческих вырезать и переставлять на новое место. И это вносит некий хаос в геном, придает геному нестабильность. И прыжки мобильных генетических элементов ускоряют мутационный процесс. Стало ясно, что в эволюции приматов эти мобильные генетические элементы играли большую роль и что были скачки. И еще был прочтен геном сумчатого млекопитающего опоссума. Это уже дало картину эволюции млекопитающих вообще, потому что уже есть геном собаки, геном кошки, геномы других млекопитающих находятся в разных стадиях прочтения, сумчатых не хватало. Сумчатые отделились от плацентарных, по-видимому, еще 120-130 миллионов лет назад, может быть больше, в меловом периоде. Прежде всего бросилось в глаза, что ключевую роль в эволюции млекопитающих вообще играли не изменения генов как таковых, которые кодируют белки, они менялись очень мало. А менялись в основном регуляторные участки ДНК. Это такие участки, от которых зависит, с какой интенсивностью и в каких условиях будет работать данный ген, именно регуляторы. Они сами ничего не кодируют, но от них зависит, как будут работать близлежащие гены. Например, будут они работать только в клетках печени или только у маленьких детей - это зависит от регуляторных последовательностей. И эти самые регуляторные последовательности в эволюции млекопитающих эволюционировали за счет перемещений мобильных генетических элементов. То есть роль этих странных прыгучих кусочков генома, до недавнего времени их считали эгоистичные ДНК, мусорные ДНК - вот такие названия, что от них никакого толку, что это геномные паразиты, которые прыгают и нам ни зачем не нужны. Оказывается, что именно они и обеспечивали эволюцию млекопитающих. Не будет большого удивления, если окажется, что эволюция собственно человека, увеличение мозга и так далее, превращение обезьяны в человека тоже шло под контролем эгоистичных подвижных кусочков генома.
