Изучение ДНК древних волков Евразии позволило продвинуться в понимании происхождения домашних собак
Исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что домашние собаки по структуре ДНК ближе к древним серым волкам из восточных регионов Евразии, чем из западных. Это даёт основание предполагать, что очаг доместикации находился на востоке Евразии. Ближневосточные собаки имеют связь с современными волками юго-западной Евразии, что может свидетельствовать либо о втором очаге доместикации, либо о смешении сибирских волков с популяциями из этого региона. Ни один из проанализированных древних волчьих геномов не связан напрямую с домашними собаками; это означает, что непосредственный предок собак всё ещё не найден.
Ярослав Кузьмин, доктор геогр. наук
Институт геологии и минералогии СО РАН
Возникновение собак как первых домашних животных давно находится в сфере приоритетов палеонтологов, зоологов и археологов. С начала 2000-х гг., помимо изучения ископаемых остатков собак классическими методами зоологии и палеонтологии, используется анализ ДНК собак из различных регионов мира. Достаточно быстро стало ясно, что для понимания того, где и когда появились первые собаки, нужно хорошо знать ДНК их дикого предка – серого волка (Canis lupus). Однако, поскольку большинство исследователей предпочитали иметь дело с домашними собаками, информация о ДНК серых волков, живших в Евразии и Америке до начала процесса доместикации¾около 14–15 тысяч лет назад ( тыс. л.н.)¾была крайне ограничена. Международный проект, начавшийся в 2014 г., поставил целью восполнить этот существенный пробел. В получении результатов участвовало 9 лабораторий и научные сотрудники из 38 институтов в 16 странах мира.
В журнале Nature 29 июня 2022 г. опубликованы новые данные по ДНК древних (плейстоценовых) серых волков Евразии и Америки (Bergström et al., 2022). Это результат работы неформального коллектива из 81 исследователя; в его составе 14 россиян из Якутска, С.-Петербурга, Москвы, Новосибирска и Екатеринбурга. Фактическим материалом послужили находки ископаемых волков Европы, Азии (в основном с севера Сибири, а также Горного Алтая и Урала) и Северной Америки. Удалось выделить 66 новых геномов (рис. 1) волков, живших в последние 100 тыс. лет. По словам ключевого соавтора статьи, д-ра Понтуса Скоглунда (Институт Фрэнсиса Крика, Лондон, Великобритания), это первый случай, когда напрямую прослежен естественный отбор у крупного животного в течение 100 тыс. лет, путем наблюдения за эволюцией в геологическом времени, а не реконструкции ее задним числом по ДНК.
Ранее предполагалось, что сравнение ДНК современных и древних собак с ДНК современных волков может прояснить историю доместикации. Однако исследования только лишь современных образцов зашли в тупик, и стало ясно, что необходим анализ ДНК древних (живших до 25–30 тыс. л.н.) волков. Что же стало известно в результате наших новых работ?
Рис. 1. Карта местонахождений древних волков с новыми данными по ДНК (источник: Bergström et al., 2022).
Во-первых, популяции волков, жившие после 23 тыс. л.н., по ДНК генетически гораздо ближе друг к другу, чем жившие ранее 28 тыс. л.н. Более молодые волки ближе к сибирской группе древних волков, чем к европейской или среднеазиатской. Это означает, что ДНК волков сибирского типа распространилась на территории Европы около 35–50 тыс. л.н. Таким образом, Сибирь выступала в качестве источника, а Европа – «приёмника» мигрирующих по Евразии волков; свидетельств движения в противоположном направлении не найдено. Последствия расселения сибирских волков в древности обнаружены в ДНК волков Северной Америки – на Аляске и в бассейне р. Юкон. Таким образом, до 23 тыс. л.н. степень дифференциации ДНК волков Евразии и Аляски была низкой; источником их расселения была Сибирь. В голоцене (последние 10 тыс. лет) и даже несколько ранее, около 20 тыс. л.н., миграции из Сибири прекратились, и европейские популяции волков распространились на Сибирь и Китай.
Во-вторых, некоторый след (10–40% в составе генома) от древних европейских волков все-таки сохраняется сегодня в ДНК современных волков Европы, что говорит о неполном замещении европейских популяций сибирскими в глубокой древности. Наличие древних предков, след от которых сохранился в ДНК волков Европы до наших дней, также говорит о том, что в конце плейстоцена (около 12–20 тыс. л.н.) волки, в отличие от некоторых других видов млекопитающих (так называемой «мегафауны» – мамонтов, шерстистых носорогов, бизонов, пещерных медведей и львов, и др.), не находились на грани вымирания.
Рис. 2. Анализ главных компонент для ДНК 21 волков Евразии и Северной Америки старше 28 тыс. л.н. («wolves»), с наложением ДНК древних собак («dogs») (источник: Bergström et al., 2022).
В-третьих, установлено, что по характеристикам ДНК собаки близки к волкам, жившим после 28 тыс. л.н. Это означает, что предки домашних собак были связаны генетически с другими популяциями волков по крайней мере до 28 тыс. л.н. Древние собаки имеют значительное сходство с волками из Сибири, датированными около 23–13 тыс. л.н. (рис. 2). Волки Европы, имеющие возраст моложе 28 тыс. лет, имеют некоторую связь с более ранними европейскими популяциями, что отражает сохранение западноевропейской генетической связи древних и современных волков. Отсутствие схожести ДНК древнейших собак с волками Европы (рис. 2) позволяет сделать вывод о том, что они не происходят от европейских волков.
В-четвертых, установлено, что, хотя волки северо-востока Сибири возрастом 23–13 тыс. л.н. наиболее близки к древнейшим собакам, они не являются непосредственными предками последних. Это означает, что собаки происходят от еще неизученных генетиками популяций плейстоценовых волков, которые по своим генетическим характеристикам расходятся с доступными нам сегодня данным по ДНК древних волков Сибири.
В-пятых, структура ДНК собак с о. Жохова (сибирская Арктика) сходна с ДНК древних собак района озера Байкал, Северной Америки и северо-востока Европы (Веретьё, район озера Лача в Архангельской области), а также современными «поющими» собаками о. Новая Гвинея (рис. 3). Таким образом, можно заключить, что все они происходят от одной популяции древних волков – вероятнее всего, из Сибири.
Рис. 3. Распространение древних и более молодых собак и их предковые популяции волков: синий цвет – восточные популяции (на основе ДНК собак с о. Жохова); оранжевый цвет – западные популяции (на основе современного волка из Сирии); крестики – популяции волков с возрастом 25–10 тыс. л.н., не являющиеся предками собак (источник: Bergström et al., 2022).
В-шестых, удалось продвинуться вперёд в решении вопроса о втором очаге доместикации собаки, который мог находится в Западной Европе, как это часто предполагалось ранее. Установлено, что древние ближневосточные собаки и современные африканские собаки, и в меньшей степени собаки Европы, находятся в родстве с волками западной Евразии, датированными старше 23 тыс. л.н. (рис. 4, оранжевый цвет). При этом следует иметь в виду, что этот вывод может быть ошибочным в том случае, если имел место генетический обмен между сирийским волком и древними собаками Ближнего Востока. Из рис. 4 ясно видно, что отдельная предковая линия (синий цвет) включает собак из восточных регионов Евразии («Baikal dogs»; возраст – 7 тыс. лет) и собаку с мезолитической стоянки Веретьё («Karelian dog»), датированную около 10.9 тыс. л.н. (Feureborn et al., 2021). Таким образом, собака стоянки Веретьё с древнейшей известной на сегодня ДНК связана с сибирской предковой популяцией волков, которая имеет прямое отношение и к ближневосточным собакам (рис. 4).
Рис. 4. Соотношение восточной и западной предковых линий собак (источник: Bergström et al., 2022).
Основные выводы, которые можно сделать на основании полученных нами результатов, сводятся к следующему:
1.Собаки имеют более тесную связь с серыми волками из Сибири, чем из западной Евразии. Это означает, что древние восточныеволки как предки имеют прямое отношение к возникновению собак в Сибири, Северной Америке, Восточной Азии и северо-восточной Европе.
2.Ранее считалось, что поскольку ни одна из популяций современных волков не имеет отношения к древним собакам, предковая популяция волков, вероятнее всего, вымерла. Однако, если смешение волков после 23 тыс. л.н. имело место (как установлено нами), это может замаскировать историю более ранних отношений волков и собак.
3.Второй (западный) очаг доместикации собаки в виде древней популяции волков, обитавшей в западной части Евразии (Европе), внёс 20–60% ДНК в формирование ранних собак Ближнего Востока и современных собак Африки, и 5–25% в возникновение неолитических и более поздних собак Европы. ДНК из западногоочага впоследствии распространилось по всему миру.
4.Двойная «предковость» собак (т.е. происхождение от двух популяций волков) отражена в ДНК современных собак. Тем не менее, мы показали, что плейстоценовые волки Европы не входят в предковые популяции собак. Собака из Ирландии (возраст – 5.5 тыс. л.н.) имеет меньше связи с западнымпредком, чем современные собаки Европы. Недостаток данных по ДНК древних собак Европы требует получения данных по этому региону в ближайшем будущем.
5.На основании полученных новых данных можно предположить два сценария доместикации:
а) два независимых процесса одомашнивания волка – в западной и восточной частях Евразии, с последующим объединением (не позднее 7.2 тыс. л.н., что является датой древнейшего генома собаки с Ближнего Востока) при доминировании западного очага;
б) единственный восточный очаг доместикации, с последующим смешиванием с западными волками по мере попадания собак в юго-западную Евразию.
6. Вероятно, что древнейшие собаки в западных регионах Евразии, сходные с «карельской собакой» из стоянки Веретьё (10.9 тыс. л.н.), имеют изначально восточное происхождение, что говорит в пользу одного (восточного) очага доместикации.
Следует иметь в виду, что в наше исследование не вошли древние волки из многих частей Евразии (см. рис. 1), и поэтому полученные результаты являются в некотором смысле предварительными. Для продолжения работ и ответа на вопрос о том, какая популяция волков была предковой для собак, необходимо получить информацию по ДНК древних волков из этих регионов.
Генетика и воспитание: врождённое и приобретённое – антрополог Станислав Дробышевский | Научпоп
Что определяет поведение и личные качества человека: методы обучения и воспитание или генетическая наследственность? Насколько сильно наши гены влияют на наши предпочтения, убеждения или действия? Станислав Дробышевский, антрополог, кандидат биологических наук, доцент кафедры антропологии биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. рассказывает, какова роль наследственности в поведении человека и насколько сильно воспитание влияет на нашу жизнь.
ВКонтакте: https://vk.com/video-190320587_456239963
Малярийный паразит произошёл от обезьян
Учёные разгадали 100-летнюю загадку об эволюционных связях между малярийными паразитами, поражающими людей и шимпанзе. Паразит Plasmodium malariae — один из шести видов, распространяющих малярию среди людей, — произошёл от африканских обезьян, а затем эволюционировал так, чтобы заражать и людей.
Шимпанзе в национальном парке Кибале (Уганда)
Исследование опубликовано сегодня, 6 апреля, в журнале Nature Communications.
Несмотря на то, что часто заболевание протекает в лёгкой форме, при отсутствии лечения P. malariae может вызвать хронические инфекции, которые могут длиться всю жизнь, говорят исследователи.
Эволюционная загадка берёт свое начало в 1920-х годах, когда учёные исследовали шимпанзе, заражённых паразитами, под микроскопом выглядящих идентично P. malariae.
Plasmodium malariae
Считалось, что оба паразита принадлежат к одному и тому же виду, но до сих пор это не могло быть подтверждено, поскольку генетический код штамма шимпанзе никогда не изучался. Теперь учёные из Эдинбургского университета в сотрудничестве с коллегами из Пенсильванского университета в США использовали передовые методы для изучения ДНК паразитов.
Они обнаружили, что на самом деле существует три различных вида. Один вид — P. malariae — поражает в основном людей, а два других поражают обезьян. Один из двух паразитов, заражающих обезьян, был обнаружен у шимпанзе, горилл и бонобо в Центральной и Западной Африке. Этот ранее неизвестный вид лишь отдаленно связан с человеческим паразитом.
Жизненный цикл Plasmodium malariae в организме комара и человека
Другой обезьяний паразит более тесно связан с тем, который заражает людей. Знание этого позволило исследователям провести детальное сравнение генетического разнообразия двух видов. Оно показало, что популяция малярийных паразитов человека прошла через генетическое бутылочное горлышко — резкое сокращение популяции, при которой большая часть её генетической вариации была потеряна.
Комар Anopheles — один из главных разносчиков малярии
Вероятным объяснением этого является то, что P. malariae изначально был паразитом приматов, но небольшое количество паразитов сменило хозяев, чтобы начать заражать людей, — говорит команда исследователей.
Ведущий автор, доктор Линдси Плендерлейт из Школы биологических наук Эдинбургского университета, говорит: «Среди шести паразитов, вызывающих малярию у людей, P. malariae является одним из наименее изученных. Наши результаты могут дать важные данные о том, как он стал способен заражать людей, а также помочь учёным оценить, вероятны ли дальнейшие проникновения обезьяноподобных паразитов в людей».
Статья в Nature Communications:
Всё как у людей
Брачные хитрости турухтанов помогают их самцам обманывать конкурентов, но одновременно мешают размножаться самкам.
Самец турухтана, "независимая морфа"
Три морфы самцов туруханов
Один из примеров — кулики турухтаны. У них есть три типа самцов:
- У первых — так называемая форма (или морфа) Independents, или «независимые» — есть характерный брачный наряд, по которому их легко отличить от самок. «Независимые» относительно велики и агрессивны, они энергично защищают свою территорию, стараясь произвести впечатление на слоняющихся вокруг турухтаних.
- У второй формы самцов, которые называются Satellites, или «спутники», брачный наряд окрашен светлее, по размеру они несколько мельче «независимых», но при этом часто состоят в альянсе с «независимыми» и выглядят более внушительно — во всяком случае, судя потому, что самки нередко предпочитают именно их.
- Третья форма самцов, Faeders, («выцветшие»), или, лучше сказать, «скрывающиеся», просто похожи на самок, и благодаря этому сходству они шныряют между брачными аренами других самцов, украдкой уводя у них потенциальных брачных партнёрш. Нарядные и агрессивные конкуренты не обращают на них внимания, принимая их за самок, и не гонят от себя — так и получается, что самцам Faeders тоже перепадают брачные радости и, соответственно, шанс оставить потомство.
Все три формы закреплены генетически. Изначально у турухтанов все самцы были в форме «независимых». Около четырёх миллионов лет назад большой кусок ДНК в их геноме поменял ориентацию, или, говоря, иначе, произошла инверсия, начало и конец поменялись местами — так появились «скрывающиеся» самцы. Инвертированный фрагмент оказался довольно большим, в нём содержится примерно сотня генов, чья активность после инверсии заметно изменилась (что хорошо видно по внешнему виду и поведению «скрывающихся» самцов). Потом у некоторых птиц этот кусок ДНК особым образом смешался с таким же куском, но в прежней ориентации — так получились самцы-«спутники».
Инвертированная ДНК у турухтанов находится не в половых хромосомах, а значит, что все геномные изменения коснулись и самок тоже. Но как именно коснулись? Внешне самки всех трёх форм неотличимы друг от друга. Исследователи из Института орнитологии Общества Макса Планка пишут в Nature Communications, что отличия можно увидеть в особенностях размножения: самки типа Faeders откладывают меньше яиц, сами яйца у них меньше размером, чем у других, и у птенцов, вылупившихся из таких яиц, меньше шансов выжить.
Две самки турухтана в период размножения, принадлежащие к разным морфам
Тем не менее, форма Faeders не исчезла под давлением отбора, то есть у неё есть какие-то преимущества. С помощью математических моделей исследователи показали, что при очень больших минусах для самок, ДНК Faeders довольно выгодна для самцов. «Скрывающихся» самцов не должно быть много, иначе их тактика потеряет смысл. Среди турухтанов должно быть побольше агрессивных «независимых», которые воюют исключительно друг с другом, чтобы между ними могли спокойно сновать «скрывающиеся» (кстати, то же самое касается и «спутников» — чтобы быть успешными в глазах самок, они должны красоваться на фоне «независимых»).
То есть даже репродуктивный «минус» для самки может быть «плюсом» для самца. Кроме того, на примере трёх форм самцов турухтанов видно, как разные генетические приспособления, конкурируя между собой, всё же не могут обойтись друг без друга. То есть «независимые» может и могли бы обойтись без двух других, но они заняты сами собой и на «спутников» со «скрывающимися» не обращают внимания. А успех обманных стратегий продолжается только до тех пор, пока есть те, на чьём фоне ты можешь демонстрировать свои хитрости.
Автор: Кирилл Стасевич отсюда
Как летучие мыши-вампиры живут только за счёт крови?
Ни одно другое млекопитающее не может питаться одной кровью. Но что-то позволило летучим мышам-вампирам эволюционировать и стать единственным известным млекопитающим, питающимся исключительно кровью других животных.
Эти летучие мыши выработали ряд физиологических и поведенческих особенностей, позволяющих им существовать на диете, состоящей исключительно из крови. Однако исследователям не до конца ясна генетическая картина, стоящая за этим поведением. 13 генов, которые летучие мыши, по-видимому, утратили с течением времени, могут лежать в основе их поведения, – сообщают исследователи в мартовском номере журнала Science Advances.
«Иногда потеря генов в эволюционных временных рамках на самом деле может быть адаптивной или полезной», – говорит Майкл Хиллер, генетик из Зенкенбергского общества исследований природы во Франкфурте.
Хиллер и его коллеги составили сборник «генетических инструкций» обыкновенной летучей мыши-вампира (лат. Desmodus rotundus) и сравнили её с геномами 26 других видов летучих мышей, в том числе шести из того же семейства, к которому принадлежит подсемейство и летучих мышей-вампиров. Затем команда отыскала гены у D. rotundus, которые либо были полностью утрачены, либо деактивированы в результате мутаций.
Из 13 отсутствующих генов три ранее были у подсемейства летучих мышей-вампиров. Эти гены связаны с рецепторами сладкого и горького вкуса у других животных, а это означает, что летучие мыши-вампиры, вероятно, имеют ослабленное чувство вкуса – тем лучше для питья крови. Также выявлены ещё 10 утраченных летучими мышами генов. Исследователи предлагают несколько идей о том, как отсутствие этих генов может поддерживать кровавую диету.
Некоторые гены помогают повышать уровень инсулина в организме и преобразовывать поглощённый сахар в форму, пригодную для усвоения. Учитывая низкое содержание сахара в крови, эта система переработки и усвоения может быть низко активной у летучих мышей-вампиров, поэтому эти гены, вероятно, уже не столь полезны. Другой ген связан у других млекопитающих с выработкой желудочной кислоты, которая помогает расщеплять твёрдую пищу. Этот ген был утерян, поскольку желудок летучей мыши-вампира эволюционировал, чтобы поглощать жидкость.
Один из потерянных генов ингибирует поглощение железа желудочно-кишечным трактом. Кровь низкокалорийна, но богата железом. Летучие мыши-вампиры должны выпивать объём в 1,4 раза больше собственного веса во время каждого кормления и при этом потреблять потенциально опасное количество железа. Поэтому, потеря этого гена привела к тому, что летучие мыши могут поглощать огромное количество железа и быстро выделять его, избегая таким образом передозировки, – эта идея подтверждается предыдущими исследованиями.
«Думаю, здесь есть несколько убедительных гипотез. Было бы интересно посмотреть, были ли эти гены утеряны у двух других видов летучих мышей-вампиров, поскольку они питаются больше кровью птиц, в то время как D. rotundus предпочитает питаться кровью млекопитающих», – говорит Дэвид Либерлес, специалист по эволюционной геномике из Университета Темпл в Филадельфии.
«Неизвестно, вызвала ли диета такие генетические изменения или наоборот. В любом случае это был постепенный процесс в течение миллионов лет. Может быть, мыши стали пить всё больше и больше крови, и у них появилось время, чтобы лучше приспособиться к этой непростой диете», – говорит Хиллер.
__________________________________________________________________________________
Источник:
M. Blumer et al. Gene losses in the common vampire bat illuminate molecular adaptations to blood feeding. Science Advances. Vol. 8, March 25, 2022. doi: 10.1126/sciadv.abm6494.
W. Hong and H. Zhao. Vampire bats exhibit evolutionary reduction of bitter taste receptor genes common to other bats. Proceedings of the Royal Society B. Vol. 281, August 7, 2014. doi: 10.1098/rspb.2014.1079.
Почему каждому важно сдать ДНК-тест?
Наверняка, многие из вас слышали о ДНК-тестах только в контексте установления родства, а между тем это мощный инструмент, который помогает узнать о себе много нового, полезного и просто интересного. На какие вопросы может ответить результат генетического теста и почему каждому важно провести такое исследование? Попробуем разобраться.
Что такое ДНК?
Надеюсь, вы хорошо помните школьный курс биологии? Если нет, ничего страшного, попробуем сейчас ответить на этот вопрос вместе.
ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота) - это молекула, которая отвечает за хранение, передачу из поколения в поколения и реализацию генетической программы. Ни для кого не секрет, что каждый человек уникален, нет двух абсолютно одинаковых людей, но чем обусловлено это различие? Главным образом оно обусловлено нашей молекулой ДНК, именно она содержит информацию о том, как мы выглядим, какие имеем предрасположенности, как воспринимаем вкусы и запахи некоторых продуктов и какие лекарства не переносим. Эта информация уникальна для каждого человека и не меняется с течением жизни.
На какие вопросы может ответить анализ ДНК?
Каков мой этнический состав? Как уже упоминалось ранее, ДНК передаёт информацию из поколения в поколение, следовательно, в молекуле ДНК содержится информация о народностях, которые оставили след в нашем геноме. Человек может не догадываться, что у него в роду когда-то были, например, датчане, а тест это с лёгкостью покажет.
Кто мои родственники? Ни для кого не секрет, что с помощью ДНК теста можно определить степень родства двух людей, некоторые генетические тесты позволяют найти своих родственников вплоть до 10 поколения. Вы может быть дальним родственником Толстого или Сталина и даже не догадываться об этом
Имеются ли у меня предрасположенности к каким-либо заболеваниям и какие-либо наследственные заболевания? Наверняка вы замечали, что если у кого-то из ваших знакомых были, например, проблемы со зрением, то такая же участь поджидала и их детей или внуков. Генетический тест позволяет узнать, к каким заболеванием у вас есть предрасположенность.
Какие лекарства будут для меня менее эффективны, а какие приведут к более сильному проявлению побочных эффектов?
Какие у меня есть особенности питания? ДНК тест позволяет узнать, непереносимость каких продуктов у вас имеется и есть ли у вас предрасположенность к более низкому качеству усвоения каких-либо витаминов и макроэлементов.
Какой спорт лучше выбрать? Безусловно, выбирать нужно тот спорт, который нравится лично вам, но если вы ещё не определились с выбором, то генетический тест покажет к каким видам спорта у вас есть предрасположенность и снижен риск травм.
Подведём итоги
Молекула ДНК определяет множество факторов нашей жизни, а поскольку она не меняется с течением жизни, то можно будет пользоваться полученной информацией на всей её протяженности.
Я считаю, что анализ ДНК важно сдать каждому человеку, главным образом потому, что это важный шаг к персонализированной медицине. Благодаря тесту вы будете заранее знать, к каким заболеваниям вы имеете предрасположенности и, обсудив это со своим лечащим врачом, сможете уделять им большее внимание. Своевременное диагностирование заболевания - ключ к его успешному излечению.
Также, немаловажно будет обсудить с лечащим врачом эффективность лекарств и возможные побочные эффекты, которые актуальны именно для вас. Это позволит подобрать медикаменты более эффективным образом.
Важное замечание: генетический тест не является медицинским заключением. Если тест показал, что у вас есть предрасположенность, например, к дефициту витамина А, то это не значит, что у вас дефицит витамина А, это значит, что вы более предрасположены к этому, чем другие люди. Это не повод начать принимать витамины, это повод обратиться к врачу и целенаправленно проверить, имеется ли у вас дефицит витамина А или нет.
Для людей, увлекающихся генеалогией генетический тест будет полезен для поиска родственников. Такое применение ДНК тестов очень распространено за рубежом.
Да и в целом, узнавать о себе что-то новое - это всегда интересно)
P.S. Поскольку это мой первый опыт написания статьи прошу не судить строго. Оставляйте ваши комментарии, мне очень важно получить от вас обратную связь, чтобы развиваться дальше. В следующей статье я расскажу вам о том, как я сам сдавал генетический тест и что из этого вышло. До новых встреч!
Первоисточник (мой канал на Яндекс.Дзен): https://zen.yandex.ru/media/id/5cb10522a7215000b25da57d/poch...