 |
Дикие собаки, обитающие вблизи Чернобыльской АЭС, на протяжении поколений выживали в одной из самых загрязненных сред в мире. Ученые обнаружили необычные генетические различия у этих собак, что поднимает вопросы о том, как естественный отбор мог повлиять на их способность выживать в экстремальных условиях окружающей среды. |
🔷 Ученые, изучающие диких собак вблизи Чернобыльской АЭС, обнаружили необычные генетические различия, которые могут отражать естественный отбор, а не мутации, вызванные радиацией
Собаки, живущие вблизи Чернобыльской АЭС, имеют генетические особенности, которые могут отражать естественный отбор, а не мутации, вызванные радиационным облучением. Новый геномный анализ выявил более 100 участков в их ДНК, демонстрирующих признаки направленного отбора, включая регионы, связанные с репарацией ДНК, развитием рака и иммунной функцией.
Полученные результаты позволяют предположить, что факторы окружающей среды могли способствовать распространению определенных унаследованных генетических вариантов, потенциально помогая некоторым собакам выживать в загрязненной среде. Однако исследователи пока не установили, были ли радиация или другие факторы окружающей среды непосредственно причиной этих изменений.
Чтобы различить эти процессы, исследователи сравнили две популяции чернобыльских собак с свободноживущими собаками из Восточной Европы и изолированной популяцией с Галапагосских островов. Это позволило им изучить, может ли одна лишь географическая изоляция объяснить необычные генетические закономерности вблизи атомной электростанции.
Хотя эффективная численность популяции собак на территории завода была невелика (показатель того, сколько особей вносят генетический вклад в будущие поколения), она существенно не отличалась от численности городских собак. Популяция на территории завода также не демонстрировала ожидаемого снижения генетического разнообразия, обусловленного значительным генетическим дрейфом. Более того, её генетический состав заметно отличался от других изолированных популяций, включая галапагосских собак. Удивительно, но чернобыльские городские собаки генетически были больше похожи на галапагосскую популяцию, чем на собак, живущих на расположенном неподалеку атомном объекте.
«Учитывая токсичную среду вокруг Чернобыля, я понимаю, почему большинство людей могут подумать: „Наверняка жизнь в такой среде имела какие-то последствия“», — сказал Мэтью Брин, заслуженный профессор сравнительной онкологической генетики имени Оскара Дж. Флетчера в Колледже ветеринарной медицины Университета штата Северная Каролина и ведущий автор исследования.
«Но мы утверждаем, что последствия, возможно, не зашли так далеко, чтобы изменить геном собак для адаптации; возможно, те, кто смог пережить первоначальное воздействие, обладали таким уровнем генетического разнообразия и вариантов, которые обеспечивали более высокую приспособленность», — добавил Брин. «Очевидно, это лишь предположение, и мы точно не знаем, что произошло. Но справедливо сказать, что мы использовали очень надежный анализ и обнаружили признаки отбора в биологически значимых регионах».
Полученные результаты позволяют предположить, что факторы окружающей среды могли способствовать распространению определенных унаследованных генетических вариантов, потенциально помогая некоторым собакам выживать в загрязненной среде. Однако исследователи пока не установили, были ли радиация или другие факторы окружающей среды непосредственно причиной этих изменений.
🔷 Удивительное генетическое различие
между соседними популяциями собак
«Эта работа проясняет некоторые моменты из нашей предыдущей работы, где при изучении генетической структуры популяции мы обнаружили, что, хотя эти две группы собак географически очень близки, у них очень высокая степень генетических различий, и эти различия не обусловлены мутациями», — сказала Меган Диллон, научный сотрудник Колледжа ветеринарной медицины Университета штата Северная Каролина.
«В этой работе мы хотели исследовать два дополнительных, более масштабных эволюционных фактора: обусловлены ли генетические различия отбором или же они являются результатом генетического дрейфа во времени в изолированной популяции?»
🔷 Естественный отбор или случайные генетические изменения?
Естественный отбор происходит, когда наследуемые признаки, улучшающие выживание или размножение, становятся более распространенными в последующих поколениях. Направленный отбор — это форма этого процесса, при которой определенные признаки становятся все более предпочтительными, часто в ответ на условия окружающей среды. Генетический дрейф, напротив, включает случайные изменения частоты генетических вариантов. Он может оказывать особенно сильное воздействие на небольшие изолированные популяции и со временем снижать генетическое разнообразие.Чтобы различить эти процессы, исследователи сравнили две популяции чернобыльских собак с свободноживущими собаками из Восточной Европы и изолированной популяцией с Галапагосских островов. Это позволило им изучить, может ли одна лишь географическая изоляция объяснить необычные генетические закономерности вблизи атомной электростанции.
Хотя эффективная численность популяции собак на территории завода была невелика (показатель того, сколько особей вносят генетический вклад в будущие поколения), она существенно не отличалась от численности городских собак. Популяция на территории завода также не демонстрировала ожидаемого снижения генетического разнообразия, обусловленного значительным генетическим дрейфом. Более того, её генетический состав заметно отличался от других изолированных популяций, включая галапагосских собак. Удивительно, но чернобыльские городские собаки генетически были больше похожи на галапагосскую популяцию, чем на собак, живущих на расположенном неподалеку атомном объекте.
🔷 Генетические сигнатуры, связанные с клеточной защитой
Исследователи обнаружили доказательства, согласующиеся с направленным отбором в геномных областях, содержащих гены, участвующие в репликации и репарации ДНК, регуляции клеточного цикла, процессах, связанных с раком, и иммунных реакциях. Эти биологические функции могут влиять на то, как животные реагируют на вредное воздействие окружающей среды, хотя анализ не позволяет определить, действительно ли конкретные варианты улучшают выживаемость.«Хотя мы не можем с уверенностью сказать, можно ли напрямую подтвердить обнаруженные нами признаки отбора, мы считаем, что эти геномные признаки указывают на отбор», — сказал Диллон.
«При более глубоком изучении этих геномных областей мы обнаруживаем, что эти гены участвуют в биологически значимых процессах, которые могут позволить им преодолеть последствия воздействия токсичных веществ в этой среде».
🔷 Способствовало ли выживание собак в Чернобыле тому, что они уже были приспособлены к выживанию?
Генетические различия не обязательно означают, что у собак развились новые адаптации после воздействия радиоактивного загрязнения. Другая возможность заключается в том, что особи, несущие полезные генетические варианты, с большей вероятностью выживали в условиях более ранних воздействий окружающей среды, что позволило этим вариантам стать более распространенными в последующих поколениях.«Учитывая токсичную среду вокруг Чернобыля, я понимаю, почему большинство людей могут подумать: „Наверняка жизнь в такой среде имела какие-то последствия“», — сказал Мэтью Брин, заслуженный профессор сравнительной онкологической генетики имени Оскара Дж. Флетчера в Колледже ветеринарной медицины Университета штата Северная Каролина и ведущий автор исследования.
«Но мы утверждаем, что последствия, возможно, не зашли так далеко, чтобы изменить геном собак для адаптации; возможно, те, кто смог пережить первоначальное воздействие, обладали таким уровнем генетического разнообразия и вариантов, которые обеспечивали более высокую приспособленность», — добавил Брин. «Очевидно, это лишь предположение, и мы точно не знаем, что произошло. Но справедливо сказать, что мы использовали очень надежный анализ и обнаружили признаки отбора в биологически значимых регионах».