Как жирафы стали жирафами

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 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.