Как жирафы стали жирафами

С помощью сравнения генома жирафов с геномами других зверей удалось отчасти понять, какие генетические изменения сделали жирафов такими, какими мы их знаем.

При упоминании ламарковской теории эволюции многие вспоминают длинную шею жирафов. Как известно, выдающийся французский естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк полагал, что живые организмы целенаправленно изменяются под действием обстоятельств, и один из примеров этого, по мнению Ламарка – как раз жирафы: они поколениями вытягивали шеи, чтобы объедать кроны деревьев, и такая вытянутая от усердия шея, а равно и удлинившиеся передние ноги передались потомкам.

Теперь мы знаем, что дело не в упражнениях, а в естественном отборе: из множества жирафов с более или менее длинными шеями в каждом поколении наиболее удачливыми оказывались те, чья шея была длиннее – они питались лучше, дотягиваясь до более обильной листвы, и потому были здоровее и могли наплодить больше потомства с такими же длинными шеями. А вот разброс вариантов, из которых происходил отбор, возникал благодаря мутациям, изменениям в ДНК, из-за которых шея у одних особей была длинной, у других – очень длинной, у третьих – очень-очень длинной и т. д. Впоследствии те изменения в ДНК, которые обеспечивали шею нужной длины, закрепились в генах, и с тех пор жирафы так с ними и живут. Возникает вопрос – а что именно это за мутации?

Двухметровая шея – не единственная особенность жирафов. Чтобы качать кровь по шейным сосудам, им потребовалось усилить сердечно-сосудистую систему: если сравнивать, например, с людьми, то у современных жирафов кровяное давление в 2,5 раза выше. Чтобы ходить и бегать, не теряя равновесия (а они могут развивать скорость до 60 км/ч), им пришлось сильно изменить свою конституцию: зад у жирафов скошен, туловище укорочено, а ноги сильно удлинены. Очевидно, что одной-двух мутаций тут было бы недостаточно.

Дуглас Кавенер (Douglas R. Cavener) и его коллеги из Университета штата Пенсильвания и ряда других научных центров попытались выяснить, чем жирафы на генетическом уровне отличаются от прочих млекопитающих. Для сравнения взяли геном окапи – ближайшего жирафьего эволюционного родича, который, тем не менее, на длинношеих родственников совсем не похож, а похож скорее на зебру; кроме того, отдельные гены жирафов и окапи сравнивали с такими же генами нескольких десятков других животных, от мыши до коровы.

В статье в Nature Communications авторы пишут, что пути жирафов и окапи разошлись не 16 млн лет назад, как считалось ранее, а 11,5 млн лет назад, и на сегодняшний день около 70 генов у жирафов приобрели специфические модификации, которых нет больше ни у каких зверей (стоит подчеркнуть, что речь идёт именно о числе генов, а не о числе мутаций). Большая часть этих генов кодируют белки, которые регулируют процессы индивидуального развития – в первую очередь те, которые имеют отношение к скелету и сердечно-сосудистой системе; причём некоторые гены влияют одновременно и на то, и на другое.

То, что происходило с жирафами, соответствует обычной картине эволюции, когда не слишком большое количество изменений в генах-регуляторах, влияющих на множество генов-исполнителей, приводит к изменению плана строения всего организма. Те же самые гены есть и у остальных млекопитающих, включая человека, просто у жирафов они настроены иначе.

В целом исследователи нашли то, что ожидали найти: длинная шея и мощное сердце, очевидно, должны были сопровождаться соответствующими генетическими изменениями; вопрос был лишь в том, где именно эти изменения случались. Однако, строго говоря, такой сравнительный геномный анализ пока ещё не позволяет с полной уверенностью заявить, что, к примеру, та или иная мутация в каком-нибудь скелетном гене стала причиной удлинения шеи.

Сейчас авторы работы планируют эксперименты по введению некоторых жирафовых мутаций в геном мыши – если в результате получатся длинношеие грызуны, то про соответствующие изменения в ДНК уже точно можно будет сказать, что именно они помогли жирафам стать такими, какими мы их видим сейчас.