Статья посвящена 100-летию со дня рождения выдающегося биолога-эволюциониста Дмитрия Константиновича Беляева. Именно его работы по механизмам изменчивости в процессе доместикации животных позволили на порядки ускорить этот процесс. В значительной части статьи раскрывается личность Д.К. Беляева, он охарактеризован как ученый, человек и организатор Института цитологии и генетики Сибирского отделения АН СССР. Автор многие годы работал у Д.К. Беляева заместителем директора по научной работе, а после ухода Дмитрия Константиновича из жизни в течение 22 лет возглавлял Институт цитологии и генетики. Биография Д.К. Беляева непростая – сын священника, брат «врага народа». Он прошел всю Великую Отечественную войну, где и сформировался его бойцовский характер. Рассмотрены борьба за восстановление генетики в стране, взаимоотношения с учителями и учениками, другие аспекты его жизни. Через всю статью проходит идея глобального значения статуса «учитель – ученик» как основы преемственности поколений, что в научном сообществе имеет особое значение, особенно при формировании научных школ.

Рассмотрены результаты длительного (35-летнего) отбора лисиц, векторизованного на агрессивное реагирование на человека. Приводятся средние оценки фенотипической экспрессии агрессивности в ряду всех поколений отбора. Динамика этих оценок показывает, что фенотипический ответ на отбор был очевиден только первые 12 поколений. Последующий этап отбора не привел к заметному росту средней оценки агрессивности. Представлены результаты дисперсионного анализа межгрупповой изменчивости (или изменчивости между потомками разных матерей) и внутригрупповой (среди потомков одних и тех же семей). Изменчивость внутри семей стабильно низкая. Вероятнее всего, ее стабилизируют материнские пренатальные и ранние постнатальные влияния. Что же касается динамики межгрупповой вариабельности в процессе отбора, то общий тренд сводится к тому, что ее уровень в селекционируемой популяции не падает, несмотря на длительный систематический отбор. Как свидетельствуют статистические показатели фенотипического сходства потомков с родителями, аддитивные взаимодействия не могут объяснить сохраняющуюся изменчивость. Однако не исключена роль эпистатических взаимодействий. Акцент делается на коррелированных последствиях отбора на усиление агрессивности и на их сопоставлении с последствиями отбора в противоположном направлении – на элиминацию агрессивных реакций на человека, или на приручаемость. На примере некоторых физиологических и отдельных морфологических признаков демонстрируется параллельный характер коррелированных изменений при отборе противоположного направления. Этот феномен обсуждается в аспекте классических представлений о резервах скрытой генетической изменчивости и роли отбора в ее фенотипической экспрессии. К его интерпретации привлекаются также некоторые молекулярно-генетические данные, указывающие на возможную общность генетического контроля отдельных параметров агрессии и приручаемости или на возможность существования общих генетических мишеней для отбора в том и другом направлении.

Статья обобщает цикл исследований структуры звуков и вокального поведения серебристо-черных лисиц, различающихся по характеру реагирования на человека. Показано, что селекция в течение 50 лет на ручное поведение к человеку привела к избирательному использованию Ручными лисицами по отношению к людям двух типов звуков, кудахтанья и шумного дыхания. При этом селекционированные на агрессию к людям Агрессивные и не селекционированные Контрольные лисицы, в свою очередь, избирательно используют по отношению к людям такие звуки, как кашель и фырканье. Таким образом, выявлены типы звуков, являющиеся вокальными индикаторами дружелюбного и агрессивного поведения лисиц по отношению к человеку. Однако доместикация не изменяет вокального поведения лисиц по отношению к другим лисицам, все три группы не различаются по вокальному поведению, адресованному конспецификам. Исследована связь вокального поведения со степенью толерантности по отношению к человеку у гибридов первого поколения от скрещивания между Ручными и Агрессивными лисицами и беккроссов на Ручных и Агрессивных лисиц. Оценен эффект пола лисиц и степени воздействия со стороны человека на параметры вокального поведения. В результате исследований были обнаружены универсальные для млекопитающих вокальные индикаторы степени эмоционального возбуждения, не зависящие от знака эмоций. Выявлены характеристики вокального поведения, связанные со знаком эмоций – позитивным или негативным. Разработан простой и эффективный метод оценки уровня дискомфорта животного на основе «слитых звуков», которые учитывают характеристики всех звуков, изданных животным независимо от структуры этих звуков. Полученные результаты служат основой для дальнейших сравнительных исследований акустической структуры и вокального поведения других представителей рода Vulpes и других близких родов псовых (Canis, Cuon, Lycaon).

Доместикация диких животных – краеугольный камень цивилизации. Идея Д.К. Беляева об основе доместикации как бессознательном отборе человеком каменного века неагрессивных животных была подтверждена многолетними уникальными работами Института цитологии и генетики по доместикации серебристо-черных лисиц, крыс-пасюков и американских норок. Обзор посвящен роли медиаторов мозга в механизмах доместикации. Полученные в наших исследованиях данные свидетельствуют об участии серотониновой системы мозга в перестройке поведения при селекции животных на низкую агрессивность. Установлено, что доместикация, превращающая агрессивное дикое животное в неагрессивное и дружелюбное, сопровождается у животных разных видов (серебристо-черных лисиц, крыс-пасюков и норок) изменением основных молекулярных элементов, определяющих функциональную активность серотониновой системы. Агрессивные и неагрессивные животные различаются по уровню серотонина в мозге, по активности основных ферментов метаболизма серотонина и по экспрессии серотониновых рецепторов. Активность катализирующей синтез серотонина в мозге триптофангидроксилазы-2 у неагрессивных животных повышена, активность фермента деградации моноаминоксидазы А – понижена. Доместицированные крысы отличаются от агрессивных и по экспрессии серотониновых 5-НТ1А-рецепторов: уровень мРНК 5-НТ1А-рецептора, плотность рецепторов в структурах мозга и функциональная активность у них выше, чем у агрессивных. Все это свидетельствует о существенной роли нейромедиатора мозга серотонина в эволюционном процессе доместикации животных. Особое внимание в обзоре обращено на роль медиаторов мозга в коррелятивной изменчивости при селекции по поведению. Представлен комплекс доказательств нашей гипотезы, согласно которой одним из механизмов возникновения важнейших коррелятивных признаков при доместикации – изменений в основной системе стресса (гипоталамогипофизарно-надпочечниковой) и регулятора репродукции (гипоталамо-гипофизарно-половой) – является вовлечение в селекционный процесс серотониновой системы мозга, которая, наряду с функцией регулятора агрессивного поведения, контролирует эндокринные железы.

В статье кратко описана история генетических исследований в лаборатории, созданной Л.В. Крушинским в МГУ. Л.В. Крушинский выдвинул концепцию, согласно которой поведение животного складывается из трех компонентов. Он утверждал, что оно формируется на основе врожденных видоспецифических реакций, способности к обучению и элементарной рассудочной деятельности (т. е. способности к элементарным логическим операциям). Первоначально идеи Крушинского не встретили поддержки, хотя они нашли понимание у Д.К. Беляева и Б.Л. Астаурова. В лаборатории Л.В. Крушинского была сделана попытка генетического исследования признака «способность к экстраполяции ». Эту способность обнаруживает не имеющее аналогичного опыта животное, когда оно находит приманку, которая, двигаясь, исчезла из поля зрения. На основе гибридной популяции крыс (пасюк × лабораторная крыса) был начат отбор на высокие показатели этого признака. Решение этой задачи в исходной гибридной популяции было статистически достоверным, однако крысы последующих поколений селекции стали обнаруживать настолько высокий уровень тревожности (несмотря на интенсивное приручение), что эксперимент продолжить не удалось. Позднее на основе генетически гетерогенной популяции мышей был начат другой селекционный эксперимент. Селекцию проводили одновременно на два признака: высокие показатели решения задачи на экстраполяцию и против проявлений тревожности в этом тесте. В целом ответ на отбор был слабым – в начальных поколениях селекции мыши этой линии (ЭКС) решали задачу несколько лучше, чем контрольные неселектированные животные, но в более поздних поколениях картина стала нестабильной. Полученные при этом данные свидетельствуют, что существует тесная связь между способностью мыши к решению когнитивного теста и процессами, определяющими тревожность, которая, в свою очередь, представляется неоднородной по своей природе и механизмам. Результаты экспериментов, проводимых на основе подходов классической генетики, в настоящее время можно сопоставлять с данными по роли отдельных генов, участвующих в формировании и функции сложных нервных сетей.

Исследование генетических механизмов, лежащих в основе нормальных и патологических признаков поведения животных, важно не только для общего понимания работы центральной нервной системы (ЦНС) позвоночных, но и для благополучия человека, в частности в борьбе с заболеваниями мозга. Накопление знаний о функциях генов, экспрессирующихся в ЦНС и связанных со специфическими функциями мозга, которые сегодня определяются успехами молекулярной генетики, не делает менее актуальным исследование фенотипического проявления генетически детерминированных признаков, в особенности патологических. Эпилепсия как одно из заболеваний ЦНС занимает важное место в таких работах. Несмотря на большое количество новых противосудорожных средств, значительная доля случаев этой болезни по-прежнему не поддается лечению. В связи с этим исследование механизмов эпилептогенеза на моделях востребовано, поскольку может способствовать выявлению тех особенностей развития повышенной судорожной готовности, которые пока остаются мало изученными. Одним из четких, но непростых для генетического исследования признаков является аудиогенная эпилепсия (судороги в ответ на сильный звук), которая рассматривается в этой статье. Важное свойство аудиогенной эпилепсии как модели – возможность анализа интенсивных тонических судорог в условиях хронического эксперимента (т. е. с повторной провокацией этого состояния у одного и того же животного, что невозможно в случае фармакологических или «электрошоковых» судорог). В статье дается краткая характеристика инбредной линии крыс Крушинского – Молодкиной, первой из линий, селектированных на этот признак. Характерный «рисунок» судорожного припадка, наиболее частое проявление его у грызунов, постиктальные аномальные состояния (в частности, каталепсия) и ряд других патологических признаков делают этот феномен важным не только как модель патологии, но и как явление общебиологической значимости. Влияние генетического фона (продемонстрированное для случаев коморбидности этих судорог с депрессией и тревожностью) может оказаться решающим фактором в определении механизмов других аномалий ЦНС. Развитие аудиогенных судорог как физиологического феномена, сопровождающего другие патологические состояния, было также предметом исследований коллег Д.К. Беляева в Институте цитологии и генетики.

Доместицированные млекопитающие разных видов имеют общий набор физических и физиологических признаков, которых не было у их диких предков. Совокупность этих признаков, называемая «синдромом одомашнивания», остается загадкой со времен Чарльза Дарвина, открывшего этот феномен. В настоящее время существуют две общие гипотезы, объясняющие это явление, которые отчасти применимы и к другим позвоночным, например рыбам и птицам. Одну из этих гипотез мы называем гипотезой тиреоидных гормонов (THH), а другую – гипотезой клеток нервного гребня (NCCH). Каждая из гипотез приводит к совершенно разным выводам на уровне генетики. Основываясь на анализе последних данных геномных исследований, имеющих отношение к обсуждаемому вопросу, мы пришли к выводу, что более обоснованной выглядит гипотеза NCCH. Тем не менее ряд наблюдений, сделанных на курах, указывает на потенциально важную роль измененного метаболизма тиреоидных гормонов для процесса одомашнивания. Кроме того, недавние исследования указывают на возможность существования дополнительных факторов одомашнивания, оказывающих влияние на приручаемость и социальность и не учитываемых ни одной из рассматриваемых гипотез. Кратко обсуждаются задачи, направленные на выявление генетических основ «синдрома одомашнивания» и особенностей поведения, специфичных для процесса одомашнивания млекопитающих.

Синдром доместикации, обнаруженный Чарльзом Дарвином, показывает, что доместицированные виды приобрели ряд новых морфологических, физиологических и поведенческих характеристик, которых не было у их диких предков. Поскольку размер тела и половой диморфизм по размеру тела (ПДРТ) являются важнейшими видовыми характеристиками, влияющими почти на все аспекты жизни животных, мы изучили влияние доместикации на эти два показателя у домашних собак и кошек в сравнении с их сородичами: собачьими и кошачьими, а также проанализировали применимость правила Ренша для обоих домашних видов. В анализ были включены данные по максимальной высоте в холке у 89 пород собак и максимальной массе тела у 64 пород собак и 37 пород кошек. Кроме того, использованы данные по массе тела 36 диких видов собачьих и 36 видов кошачьих, полученные в ходе более ранних исследований. Результаты показали, что значения массы тела и их диапазон у домашних собак значительно превышают эти показатели у представителей семейства Canidae в целом, в то время как соответствующие показатели ПДРТ у них схожи. У домашних кошек диапазон значений массы тела укладывается в диапазон значений, характерных для их видов-предшественников, но при этом существенно сужен, тогда как значения соответствующих показателей ПДРТ сравнимы. Регрессии, полученные как стандартным методом главных осей (RMA), так и методом наименьших квадратов (OLS), показали, что у домашних видов размеры тела самок и самцов подчиняются правилу Ренша, а у их диких сородичей – нет. Данные результаты обсуждаются в свете существующих знаний о доместикации видов Canis familiaris и Felis catus.

Для изучения основополагающих факторов фенотипической эволюции и для реконструкции эволюционной истории фенотипов широко применяются методы геометрической морфометрии. Однако фенотипические ландшафты могут быть нелинейными настолько, что аналитические решения, полученные путем сравнения фенотипов в морфопространстве, будут иметь сложные или даже противоречивые взаимоотношения в пространстве факторов, определяющих эти фенотипы. Иллюстрацией того, как на основании математических свойств геометрических морфопространств получаются совершенно невероятные с точки зрения биологии результаты, служит реконструкция родословной морфологии рогов копытных млекопитающих. На модели Раупа, описывающей спиральность раковин, показано, что результаты реконструкции предковых форм в параметрических пространствах (таких как уровни экспрессии генов или частоты встречаемости аллелей) могут войти в противоречие с результатами реконструкции в пространствах форм (таких как фенотипические морфопространства). Приведенные примеры в полной мере относятся к морфометрическим исследованиям ныне существующих живых объектов, а значит, формулируя выводы о генетических, онтогенетических или экологических процессах на основании данных морфометрического анализа, надо соблюдать определенную осторожность. Плотное покрытие пространства форм и использование полностью многомерных и, возможно, нелинейных методов могут помочь предотвратить потенциальные проблемы.

Статья написана к 100-летию со дня рождения Д.К. Беляева и затрагивает его работы, посвященные влиянию фотопериодических условий на размножение и эмбриональное развитие млекопитающих. В качестве одной из моделей в этих исследованиях была использована грузинская белая мутация у лисиц (W G). В контрольных условиях способность гомозигот по этой мутации успешно пройти имплантацию резко снижена. Экспериментальное удлинение светового дня для беременных самок из W G/w × W G/w скрещиваний ведет к значительному возрастанию частоты мутантных гомозигот в потомстве. В статье предпринята попытка анализа результатов этой работы в свете современных данных. Грузинская белая мутация, вероятно, обусловливает снижение экспрессии гена KIT. Рассмотрение молекулярных и клеточных взаимодействий с участием белка KIT, его лиганда KITLG и их влияния на развитие бластоцист указывает на возможность замедленного развития W G/W G бластоцист и, как следствие, опоздание к началу имплантации. Изменение фотопериодических условий может через стимулирование развития W G/W G гомозиготных бластоцист, замедление роста трофобласта у зрелых бластоцист, повышение готовности эндометрия и вероятную задержку начала имплантации создавать более благоприятные обстоятельства для успешной имплантации W G/W G бластоцист.

Рассмотрены принципы и методы сохранения генофондов пород домашних животных. В мире под угрозой исчезновения находится 17 % пород. Аргументами в пользу сохранения локальных пород являются: 1) экономические факторы, такие как изменения требований к качеству пищевых продуктов, изменения гигиенических и климатических условий (новые виды болезней, вакцины, изменения внешней среды), необходимость сохранить резерв для успешной селекции, возможность использовать местные породы в трудных экологических условиях; 2) научные факторы, в частности возможность изучения генофонда местных пород для реконструкции эволюции доместицированного вида (изучение локальных пород может вскрыть механизмы процессов эволюции, онтогенеза, поведения, естественного и искусственного отбора); 3) культурно-исторические факторы, связанные с тем, что аборигенные породы служат живыми памятниками традиционной культуры населения. Разведение породы возможно только при сохранении ее внутрии межпородного генетического разнообразия, которое можно выявить с помощью различных молекулярно-генетических методов. Приведены примеры использования новых генетических технологий при сохранении локальных пород двух доместицированных видов: овец (Ovis aries) и крупного рогатого скота (Bos taurus). С помощью ISSR-фингерпринтинга (Inter Simple Sequence Repeats) получены данные, которые позволили определить коэффициент генетической оригинальности, проанализировать популяционную структуру, определить сходства и различия, провести идентификацию и оценку консолидированности, чистопородности и генеалогических связей генофондов пород (внутрипородных групп). Среди пород одного вида или внутри одной породы можно выделять древние или наиболее отдалившиеся от «протогенофонда» группы животных и, соответственно, использовать эти данные в селекционной стратегии, направленной на сохранение форм животных, приближенных к предковой форме. Применение различных ДНК-маркеров, методов геномной и генной селекции в природоохранной и частной генетике доместицированных видов предоставляет возможность получить данные о генетическом потенциале (ценности, оригинальности) породы, что важно для научного обоснования ее сохранения.

С тех пор как Чарльз Дарвин опубликовал «Происхождение видов» в 1859 г., тема эволюции альтруизма была постоянным парадоксом для эволюционных биологов. В данном обзоре обсуждаются три пути, ведущие к эволюции альтруизма, – генетическое родство, взаимопомощь и групповой отбор. Я также представлю совсем недавнюю работу, в которой использовано моделирование социальной сети, для того чтобы пролить свет на эволюцию альтруизма.

Статья инспирирована работами Д.К. Беляева, в которых обсуждались вопросы природы человека, и посвящается 100-летию со дня рождения Д.К. Беляева. В обзоре приводятся основные представления и теории, раскрывающие природу человека. Исследуются пути эволюции генома и культуры на протяжении антропогенеза. Показаны взгляды ведущих ученых прошлого и современности на закономерности геном-культурной коэволюции. Кажущееся противоречие между «генетиками» и «социологами» снимается благодаря разработке концепции коэволюции генома и культуры. Эволюция генов и культуры – единый, а не раздельный процесс. В своем развитии человек модифицирует и реконструирует свою социокультурную среду. Новая среда создает новые векторы отбора и формирует новые пути и направления генетической эволюции. Благодаря развитию культуры изменялась также генетическая детерминация когнитивных процессов человека. Ярким примером коэволюции культуры и генома является саморазвитие человеческой речи, голосового и мимического аппаратов общения. Увеличивающееся значение способов социального общения в популяциях человека способствовало сохранению генетических особенностей, облегчающих такое общение. На ранних этапах эволюции человека произошли расширение и реорганизация участков коры мозга, отвечающих за развитие речи. Представления о коэволюции культуры и генома присутствуют также в теории конструкции экологических ниш. Подчеркивается, что эволюция культуры, которая многими рассматривается как надбиологический феномен, по всем параметрам аналогична дарвиновскому процессу, в результате которого путем селекции и передачи в ряду поколений формируется адаптивная для данного сообщества социокультурная среда. По сути, речь идет об эпигенетическом наследовании в эволюции культуры и морали. В обзоре подробно излагаются взгляды и теоретические построения генетиков, социологов, социальных психологов, антропологов, бихевиористов и этологов при объяснении феномена человеческой эволюции. Рассматриваются некоторые противоречия, обусловленные разными темпами эволюции культуры и генома. Показано, что беляевская трактовка биосоциальной природы человека находит подтверждение в современных исследованиях генетиков, социологов и психологов.