Авторы новой статьи для Science узнали генетические причины различий в окраске серых волков (Canis lupus), населяющих Северную Америку. Оказалось, распространение черной и серой масти этого хищника определяется устойчивостью к вирусу чумы собак CDV, а также выбором полового партнера.
Окраска животных — важный признак, определяющий их приспособленность к окружающей среде. Известно, что уровень пигментации связан с разными экологическими условиями (вроде наличия ресурсов и присутствия хищников, паразитов и конкурентов) и даже географической широтой — последнее описывает так называемое правило Глогера.
Однако на этом значение окраса в жизни животного не исчерпывается. Цвет влияет еще на выбор полового партнера, поскольку позволяет оценить уровень приспособленности животного, включая его иммунитет. Исследователи разобрались с генетическими аспектами этого вопроса на примере знаменитого хищника — серого волка Canis lupus.
Вопреки русскому названию, волк может быть не только серым, но и черным, и — иногда — белым. В действительности окраска шкуры хищника, скажем, в Северной Америке образует плавно меняющийся спектр: доля черных шкур увеличивается в направлении юго-запада. Больше всего темноокрашенных волков живет вокруг Скалистых гор, вне зависимости от широты.
Цвет шерсти Canis lupus определяется геном CDB203, расположенным в генном локусе под названием K. Благодаря ему серые волки, как правило, и вправду серые, однако одна мутация (а именно — делеция) в CDB203 делает их черными. Это доминантная мутация, которая интенсивно отбраковывалась на протяжении нескольких последних тысяч лет волчьей эволюции, пока в игру не вступил новый эволюционный фактор.
При этом отбору подвергался не сам окрас черных волков, а другие признаки, определяемые тем же геном CDB203 (который на основании этого относится к плейотропным, вызывающим ряд различных эффектов). Дело в том, что ген с мутацией придает волкам большую устойчивость к чуме (или чумке) собак — опасной респираторной инфекции, вызываемой вирусом CDV (Canine Distemper Virus).
Чтобы выявить связь между окрасом шерсти и чувствительностью к вирусу, международная команда ученых собрала немало данных. Они характеризуют 12 популяций волков, обитающих в различных частях Северной Америки. Авторы проверили образцы их крови на антитела к CDV — то есть узнали, болели животные чумкой или нет. Попутно отмечали цвет волчьей шерсти — и выяснили, что черные волки чаще заражались CDV.
Далее изучали конкретную популяцию волков — тех, что живут в Йеллоустоунском национальном парке. Для этого им пришлось подробно описать местных хищников, в том числе собрать их «биографию» более чем за 20 лет. Выяснилось, что 55% из волков имели серую окраску, 45% — черную.
Однако гомозиготными, то есть имеющими обе мутантные копии гена, среди черных волков были всего 5%. Прочие были гетерозиготными: имели одну «нормальную» и одну мутантную копию CBD203. Это, наряду с более ранними результатами, указало на большую жизнеспособность такого генотипа.
Далее авторы построили модель, которая связала мутации, окрас и множество других характеристик животных: распространение, смертность и так далее. В итоге сомнений не осталось: черные волки действительно более жизнеспособны в определенных условиях, и это определяет именно их устойчивость к чуме.
У столь любопытной эволюционной картины есть и другой важный аспект — половой отбор. Оказалось, «иммунитет» черных волков компенсирует в том числе сниженную плодовитость самок, имеющих этот признак. К тому же волкам оказывается «выгодно» спариваться с животными другой масти: черным — с серыми, а серым — с черными. Такая стратегия размножения называется дисассортативной, и именно она обеспечивает максимальную приспособленность потомства волков в условиях повторяющихся эпидемий CDV.
Подводя итог своей работе, исследователи подчеркнули: этот результат применим отнюдь не только к серому волку Canis lupus. Известно, что окраска связана с устойчивостью к инфекциям у насекомых, амфибий, рептилий и ряда млекопитающих. Эффект основан на фундаментальных генетических механизмах — в том числе изменениях главного комплекса гистосовместимости (MHC) и так называемых супергенов, которые в одиночку способны определять сложные адаптации живых существ.
Автор: Михаил Орлов