Ми приручили і одомашнили безліч тварин видів, створили тисячі гібридних рослин, і не збираємося на цьому зупинятися - особливо тепер, коли у нас є інструменти редагування геному. Але життя, однак, штука складна, і цілеспрямовано «підкрутивши» в одному місці, ми часто впливаємо на ті її сторони, про які навіть не замислювалися, закочуючи рукава. Давайте подивимося на деякі приклади того, як раптово іноді змінюється життя тих, кого ми вивели.
Уявіть, що розглядаєте картини XVI-XVII століть у музеї. Ви йдете по залу, заповненому реалістичними полотнами з натюрмортами: мисливські трофеї, глечики з вином, страви з фруктами. З качками і куріпками начебто все гаразд, але придивившись до фруктів і овочів, уважний відвідувач може насторожитися - вони часто «якісь не такі». І це дійсно так: з часів написання цих картин вигляд звичних нам гарбузів, динь і кавунів змінився, часто кардинально. Над цими продуктами попрацювала селекція.
Плоди селекції всюди - це і томати з морквою, і домашні тварини: собаки, кішки, гризуни. Перші селекціонери залишали поруч із собою (і джерелом дешевої їжі) більш доброзичливих до людини тварин, відбирали для посадки насіння тих рослин, чиї плоди здалися їм смачнішими. Пізніше стали записувати характеристики конкретних виробників, відстежувати лінії, після чого селекція стала менш хаотичною. Поступово склалася практика: селекціонери стали схрещувати близькоспоріднені лінії для посилення і закріплення потрібної їм ознаки - і з дальніми (іноді навіть іншими видами) для збільшення різноманітності і отримання більш сильного і плодовитого потомства.
Існуюче розмаїття продуктів штучного відбору вражає уяву - якщо знати, звичайно, хто у вашому оточенні «оригінальний», а хто ні. При цьому на ринках і в магазинах, як правило, ми стикаємося всього лише з найпопулярнішими в силу економічної вигідності цих сортів.
Наприклад, всі банани в нашому уявленні більш-менш однакові, хіба що зустрічаються в деяких супермаркетах «міні-банани» - вони подорожчі, але солодші. Хтось із нас, можливо, пробував плантани, більш великі і щільні банани, які сирими не їдять, а варять або смажать. Здавалося б, цим все вичерпується. Але ні, сортів бананів насправді близько 500!
При цьому самі по собі банани - це плоди кількох культивованих видів багаторічних трав'янистих рослин роду, переважно банана загостреного () і банана Бальбіса (), а також ще пари-трійки видів і гібридів всіх перерахованих вище видів. Саме вони дали все розмаїття існуючих нині сортів. Є банани великі, маленькі, червоні, зелені і навіть блакитні (до речі, останні ще й зі смаком ванільного морозива). При цьому плоди дикого банана особливою поживністю і смаком похвалитися не можуть: великі насіння всередині і, відповідно, не так вже й багато м'якоті.
500 сортів це не межа. Яблуня - 7,5 тисяч сортів (більшість із них належать до виду яблуня домашня, який, своєю чергою, стався від яблуні Сіверса,), пшениці - 30 тисяч (переважно вирощують пшеницю м'яку, крім неї культивують ще п'ять видів).
Відносно тварин числа будуть вже не такі великі: штучний відбір тварин являє собою більш складне завдання, хоча б через відсутність вегетативного розмноження. Сьогодні відомо 353 породи собак, 74 породи кішок. І все це безліч форм виводилося з певними цілями.
Природний відбір vs. штучний
Природний відбір - як правило, процес повільний, що займає багато поколінь. У разі природного відбору на організм впливає навколишнє середовище і зберігаються, розмножуючись, найбільш пристосовані до нього особини, а в разі штучного відбору розмноженням керує людина, але в обох випадках матеріал для змін постачають мутації. Штучний відбір і схрещення дають результат значно швидше: схрестивши коня і віслюка, ми вже в першому поколінні - втім, стерильному - отримуємо мула. Водночас відомі випадки, коли видоутворення в дикій природі відбулося буквально у нас на очах (зазначено в анолісів, в'юрків).
Штучний відбір іноді рухається строго проти природного. У Китаї популярні бої цвіркунів підсемейства. Існує обґрунтоване повір'я, що чим більша у цвіркуна голова, тим краще з нього боєць - тому шукають «цвіркозаводчики» саме таких комах.
При цьому китайці не займаються селекцією бойових цвіркунів, тобто не розводять їх для того, щоб посилити потрібну ознаку - а просто ловлять собі гладіаторів у природі, вилучаючи таким чином з популяційного пулу найсильніших самців. Втім, досліджень, що підтверджують вплив вилову цвіркунів на стан ознак в популяції, поки не проводилося, так що призвели вже азартні ігри до того, що голови китайських цвіркунів стали менше, ми поки сказати не можемо.
Одомашнення і селекція йдуть рука об руку. В результаті одомашнення, оскільки люди намагаються знизити прес хижаків та інших негативних впливів середовища, стабілізуючий відбір (різновид природного, при якому відбраковуються варіанти ознаки, що відрізняються) відключається і з'являється гігантське розмаїття форм, з яких згодом відбираються відповідні людині.
У знаменитому багаторічному експерименті Дмитра Бєляєва з одомашнення чорно-бурих лисиць у останніх відбувається скручування хвостів в колечко, вкорочення і розширення лицьового відділу черепа, з'являється віслоухість, тобто риси, властиві і собакам.
Правда, разом з позитивними варіантами спливають і безліч шкідливих або просто не дуже зручних, і вони теж закріплюються близькородинним схрещуванням. У гетерозіготному стані алель гена з негативною мутацією компенсується здоровою алеллю, а при близькородинному схрещуванні однакові алелі накопичуються і можуть зберегтися якраз нездорові варіанти, якщо селекціонер працює за іншою ознакою.
Потрібно було більше користі
Важливою метою селекції завжди було підвищення поживності і плодотворності. Тут показова історія перцю стручкового, або однорічного (). Це всупереч своїй назві багаторічна рослина походить з Центральної Америки і до Європи була завезена Колумбом.
У XV столітті перці були маленькими і пекучими. Почуття печіння викликається алкалоїдом капсаїцином, його кількістю визначається гострота перцю. Завдяки селекції в Європі від капсаїцину вдалося позбутися і отримати великі товстостінні солодкі сорти, ті, що у нас відомі як болгарський перець. Зрозуміло, також знайшлися любителі гострого, які вивели дуже (табаско), і дуже-дуже гострі сорти («дихання дракона»). Але, як з'ясувалося, солодкий перець частіше схильний до ураження фітофторою, ніж пекучий, тому біологам доводиться розробляти спеціальні складні програми для повернення резистентності до захворювання: стійкість перців до фітофтори - це ознака, яка залежить від безлічі генів.
Підвищена поживність і врожайність часто супроводжуються нестійкістю до змін середовища, що сталося з кукурудзою і європейською пшеницею. В обох випадках через зниження генетичної різноманітності (як наслідок штучного відбору) найбільш врожайні сорти виявилися погано пристосовані до змін кліматичних умов.
Плодовим деревам підвищення врожайності може загрожувати подрібненням плодів, або переламуванням гілок під вагою дозрілих фруктів.
Багато породи собак і коней були виведені для виконання цілком конкретних завдань. Так, для полювання на зайців, вовків і копитних люди вивели борзих, для полювання на норних тварин ⏤ такс і фокстер'єрів, для пастушества ⏤ вівчарок. Серед коней є важковози і скакові породи.
При формуванні таких спеціалізованих форм можуть проявлятися кумедні і не дуже побічні ефекти.
Так, добродушні і навчані лабрадори-ретривери - прекрасні рятувальники, поводирі і компаньйони - славляться також тим, що жують все, що погано лежить. А пов'язана ця незручна поведінка з делецією в гені ПОМК (гена, що кодує послідовність прогормону проопіомеланокортину), який регулює вагу і апетит. Завдяки цій мутації лабрадори виявилися однією з найбільш схильних до ожиріння породою собак.
Такси - норні мисливці, прогоністі, коротколапі. Але у такс слабка спина, тому їм не варто занадто швидко бігати, особливо коли господар бере пса у велосипедну прогулянку. Через занадто довгий хребет і коротку грудну клітину вони в 10-12 разів частіше отримують грижі міжхребцевих дисків, які інший раз доводять до паралічу. Крім нездорової спини, у такс часто бувають хворі суглоби ніг. Немудрено, такси відбиралися на коротконогість, а їх коротконогість - результат мутації в гені, який кодує фактор зростання фібробластів (FGR3). Фактори зростання фібробластів відіграють важливу роль у розвитку клітин і тканин, і згадана мутація призводить до порушень розвитку скелета.
Порода з стародавньою історією, борзі, були виведені для швидкісної погоні за видимою здобиччю. Це досить здорова порода, хоча і у цих собак є свої спадкові захворювання. У приблизно 15 відсотків дорослих борзих починається облисіння стегон, поширені патології серця. Додаткові труднощі ветеринарам, до яких призводять цих собак, завдає те, що на борзих неправильно працює стандартна анестезія, яка або призводить до гіпотермії, або просто занадто довго триває через уповільнену трансформацію анестетиків у печінці.
Не тільки прагнення отримати більш поживну їжу або більш спритних мисливців призводять до дивних наслідків. Іноді первинна мета - саме незвичайний зовнішній вигляд.
Зате це красиво
Прагнення до прекрасного призвело до розквіту садівництва і кімнатного рослинництва. Яких тільки форм і забарвлень не домоглися селекціонери, взяти хоча б бузок. Бузку, рід, це чагарники, що належать сімейству маслинових (). Відомо понад 2300 сортів бузків, що відрізняються кольором (від білосніжного до темно-лілового), висотою куща, навіть ступенем закрученості пелюсток. У сортів «капітан Гастелло» і «Олексій Маресьєв» пелюстки закручені у формі пропелера, чому сорти і отримали свої найменування. Серед бузків, та й загалом серед декоративних рослин поширені махрові варіанти, але з розмноженням їм важче: комахам-запилювачам складно дістатися до строкатиків і тому вони рідше вибирають такі квіти. У густо-махрових бузків до того ж мало тичинок або вони слабо розвинені, тому і штучне досвіду представляє непросте завдання.
Не тільки рослини впали жертвою людського прагнення до прекрасного. У деяких порід голубів, наприклад, у берлінського короткого голуба, такий маленький дзьоб, що для виведення пташенят потрібні голуби інших порід з більш довгими дзьобами, так звані «годувальники».
Зустрічаються казуси і серед рептилій. За останній час тераріумісти отримали безліч колірних морф популярних лусуйчастих вихованців: бородатих агах, еублефарів, маїсових полозів та інших. Виявилося, що поширена морфа spider у королівських пітонів () асоційована з неврологічним розладом ⏤ синдромом Вобблера, який характеризується патологіями спинного мозку і, як наслідок, вихлянням, розкоординацією рухів, що робить існування цих змій дискомфортним. І хоча автори не змогли застосувати статистичні методи до отриманих даних через малий розмір вибірки, цей випадок змушує задуматися про проведення більш масштабних досліджень серед домашніх рептилій.
Мопси тягнуть на собі цілий віз такого добра. Вважається, що цю породу вивели в Китаї заради складок на лобі, що створюють малюнок на зразок ієрогліфа. Складки ці потрібно неодмінно чистити, щоб запобігти появі дерматиту. Через своєрідну вкорочену будову черепа очі мопсів завжди навикати. Подібні проблеми ⏤ взагалі бич мопсів, в їхні очі вічно щось потрапляє, а в деяких випадках очні яблука зовсім вивалюються з очниць. Але у цих собак ще більш серйозні проблеми пов'язані з диханням і терморегуляцією. Їхній дихальний тракт теж вкорочений, тому мопси насилу дихають, легко перегріваються, особливо в літаках, і багато авіакомпаній навіть заборонили їх перевезення через часті смерті цих собак у польоті.
Є ще одна цікава особливість, що стосується і мопсів, і інших короткоголових (брахіцефальних) порід собак. В результаті відбору на укорочення черепа змінилася сама організація мозку. А саме - відбулася ротація і зміщення нюшної частки під великі півкулі головного мозку. До чого це могло призвести з точки зору роботи мозку, поки невідомо, але ймовірно саме завдяки цьому брахіцефальні породи погано вловлюють запахи (а зовсім не через короткі нюшні тракти, як завжди вважалося).
Як допомогти скоєному
Спочатку рясно породивши різні види тих, хто адаптується до середовища істот, люди тепер намагаються понести відповідальність за тих, кого вивели і шукають способи компенсувати вантаж накопичених негативних мутацій.
Ось, наприклад, бройлерні курчата мають надмірно розвинені пекторальні (грудні) м'язи. Але їх опорно-м'язовий апарат не адаптований до підтримки такої маси, тому вони багато лежать, кульгають і страждають від болів в ногах, якість м'язової тканини падає, з'являються фібрози. З цим можна боротися, збільшуючи відстань до годівниць і поїлок, маючи перешкоди на шляху до них, а також конструюючи спеціальні пристосування з лазерними променями. Промені протягом чотирьох хвилин переміщалися по відсіку з курчатами випадковим чином - і ті дійсно почали рухатися більше, що автори винаходу пояснюю