Приручение. 10 биологических видов, изменивших мир

Генетические откровения

Сходство форм деревьев и их цветов и плодов, а также письменные исторические свидетельства единогласно указывают: именно у подножия гор Тянь-Шаня и находится родина садовых яблонь, Malus domestica. Проведенные в 1990-х годах исследования митохондриальной ДНК – а также ДНК хлоропластов, которая также наследуется по материнской линии, – подтвердили, что азиатская дикая яблоня, Malus sieversii, была предком современной окультуренной яблони. Конечно, вероятность скрещивания с другими дикорастущими видами яблонь всегда рассматривалась как возможный фактор, повлиявший на становление вида садовых яблонь, однако генетики открыли непрерывную и чистую родословную, у истоков которой однозначно стоят дикие яблони Казахстана. По всей видимости, ДНК яблок, которые все мы с вами употребляем в пищу, – в основном это ДНК вида Malus sieversii. С учетом того, что дикорастущие виды яблонь обладали исключительной изменчивостью в дикой природе, вполне вероятно, что высокая степень изменчивости, наблюдаемая у садовых яблонь, в основном «появилась» из этого единственного источника. Некоторые ботаники пошли дальше и даже отнесли садовые и среднеазиатские яблони к одному виду – Malus pumila.
Однако в 2012 году были опубликованы результаты нового исследования сортов яблок под руководством французского генетика Амандин Корниль, которое продемонстрировало совершенно иную картину. В рамках нового анализа было рассмотрено множество сортов яблонь, от китайских до испанских, и более полные образцы ДНК, чем в предыдущих исследованиях, в которых обнаружилась удивительно выраженная степень изменчивости. Несмотря на то что большинство одомашненных видов обладают лишь небольшой долей разнообразия диких родственников, садовые яблони настолько же разнообразны, как и большая часть дикорастущих видов Malus. Но только когда Корниль и ее коллеги решили получше разобраться в этом вопросе с изменчивостью и провели тщательное сравнение между садовыми и дикорастущими видами яблонь, они открыли тайну этого фрукта. Генетики смогли установить, что культурные сорта яблок действительно ведут свой род от диких яблок Казахстана – но не только от них. Оказалось, что культурные яблони скрещивались с дикими по мере распространения культурного вида вдоль Великого шелкового пути. Таким образом, культурные яблони появились не мгновенно в одной географической области: они скрещивались с ближайшими дикорастущими родственниками и эволюционировали в течение тысячелетий. В течение всей истории развития садовых яблонь – и несмотря на использование метода прививки для размножения путем клонирования и ограничения генетической изменчивости популяций яблонь – вид постоянно улучшался посредством искусственного отбора людьми наиболее красивых яблок из всех, созданных в результате естественного, свободного опыления. Дикие сородичи садовых яблонь всегда имели возможность добавить свои гены в генофонд. И это случалось абсолютно естественным образом, без какого-либо вмешательства со стороны людей.
Обнаружение следов скрещивания с дикими яблонями не просто дополняет историю этого окультуренного вида, но и кардинальным образом меняет ее направление. Прародителем садовых яблонь по-прежнему считается вид Malus sieversii, и, по оценкам, культурные яблони появились в период между 10 000 и 4000 лет назад. Однако влияние других дикорастущих видов яблонь, в частности европейских Malus sylvestris, сыграло значительную роль. Исследование показало, что наши современные садовые яблоки генетически более сходны с европейскими дичками, чем с яблоками из Средней Азии.
Это невероятное откровение, но оно созвучно недавним открытиям, сделанным при изучении множества других видов, включая древесные культурные растения, такие как виноград и оливы. Более того, история яблок очень напоминает историю кукурузы: культурный вид Zea mays имеет больше сходства с дикорастущими высокогорными разновидностями, чем с собственным предком – теосинте из низменностей.
В прошлом некоторые ботаники высказывали предположение, что яблоки для сидра были выведены посредством скрещивания с дикими яблонями для придания сорту своеобразной вязкости, горчинки. Исследование Корниль продемонстрировало, что случаи скрещивания, несомненно, имели место, однако различий между обычными яблоками и яблоками для сидра обнаружено не было. В обоих сортах одинаковая доля генов Malus sylvestris. Точнее, в сладких десертных яблоках их даже больше. Генетики уже начали изучать, какое практическое значение имеют эти различные источники наследуемых признаков культурных сортов, их ДНК. Гены, отвечающие за качество плодов, были унаследованы от прародителя, Malus sieversii, и сохранились в геноме. Напротив, гены местных дикорастущих видов «обеспечили» яблони необходимыми адаптациями к новой среде обитания, в которую они переселялись, покинув родные рощи в предгорьях Тянь-Шаня.
В 2012 году исследование Корниль доказало, что существует поток генов и в обратном направлении: от садовых яблонь к диким. Таким образом, введение этого вида в культуру оказало влияние и на эволюцию тех видов яблонь, что продолжали оставаться дикорастущими (точно так же, как в случае с волками и лошадьми). Данное свидетельство двунаправленного обмена генетическим материалом появилось настолько недавно, что агрономы и биологи – специалисты по охране живой природы все еще пытаются вместе осознать последствия такого открытия. Что насчет диких яблонь – не угрожает ли им опасность проникновения в геном генов культурных сортов? Такой обмен ДНК – далеко не новое явление, оно происходит, вероятно, с самого начала одомашнивания видов. Легко делать поспешные выводы, заявляя, что любая интрогрессия генов культурных видов в дикие разрушительна и нежелательна. Напротив, в некоторых случаях такая миграция генов культурных растений может иметь положительный эффект. Необходимо заняться поисками ответа на данный вопрос, чтобы придать нужное направление нашим усилиям по сохранению и защите диких видов. С моральной точки зрения кажется правильным пытаться предотвратить влияние на дикие виды, это своего рода альтруизм, но люди могут быть также реально заинтересованы в такой заботе о здоровье дикой природы. Генетические исследования современных сортов яблок демонстрируют, что некоторые из них состоят в опасно близком родстве: они фактически двоюродные, а иногда и родные братья. Этот факт увеличивает риск серьезных генетических заболеваний, поскольку в такой ситуации выше вероятность сочетания редких вариантов генов. По сравнению с другими видами изменчивость современных сортов яблок очень велика – не обнаружено следов прохождения популяции через «бутылочное горлышко» доместикации – но за всеобщим разнообразием также кроются еще более пугающие проблемы. Производство яблок основано на технологии клонирования. И пусть между клонами различных сортов сохраняются генетические различия, внутри сорта при клонировании они совершенно отсутствуют. На нашей планете растет несколько миллионов окультуренных яблонь, но на самом деле они представляют собой клоны всего лишь нескольких сотен отдельных растений. Некоторые из них – это привои, другие – подвои. В такой ситуации яблони становятся очень уязвимыми к изменению условий среды обитания, например к появлению новых патогенов или изменению климата.
В таких обстоятельствах еще важнее поддерживать и сохранять генетическое разнообразие дикорастущих яблонь – возможно, нам придется воспользоваться этим ресурсом для сохранения наших культурных сортов. Дикие яблони также могут помочь нам справиться с некоторыми наиболее распространенными проблемами, с которыми уже столкнулись агрономы. Например, при посещении диких яблоневых рощ в Казахстане ботаники обратили внимание, что некоторые деревья обходят стороной некроз и парша – по всей видимости, растения развили устойчивость к этим заболеваниям. Более того, некоторые яблони растут в невероятно засушливом климате – у них есть устойчивость к засухе, которая так пригодилась бы культурным сортам. Также понятно, что все, что происходит в лаборатории, должно подкрепляться полевыми исследованиями. Нам по-прежнему нужны Вавиловы, Форслайны и Джуниперы, которые бы изучали древние памятники, отдаленные уголки и собирали бы ценные образцы. Там, в дикой природе, вероятно, существуют генетические ресурсы для решения проблем, с которыми сталкиваются сегодня садоводы, а также тех, о которых нам еще только предстоит узнать.
Генетика позволяет пролить свет на древнее происхождение многих видов живых существ. В этом нам помогают данные археологии и истории, но иногда найденный след только уводит нас дальше от ответа. Свидетельств всегда оказывается недостаточно. Исследование современной и древней ДНК дает нам возможность заполнить некоторые пробелы и взглянуть на прошлое под иным углом. Так как секвенировать полный геном становится все проще и быстрее, ученые совершают все больше неожиданных открытий в истории одомашненных человеком видов: от поразительно древнего происхождения домашних собак до удивительно ранних следов культурной пшеницы в Великобритании; от определения теосинте из долины реки Бальсас в качестве прародителя современной кукурузы до проникновения в тайну садовых яблок. Но впереди нас еще ждут новые откровения, на этот раз об очень знакомом нам виде – Homo sapiens.

 

Показать оглавление

Комментариев: 0

Оставить комментарий