«Наука в Сибири» № 41 (2826) 13 октября 2011 г. ХРОМОСОМЫ, ГЕНОМЫ И ЭВОЛЮЦИЯ МЛЕКОПИТАЮЩИХ Начался новый учебный год в рамках программы «Академический час». Со школьниками встретился доктор биологических наук профессор А. С. Графодатский из Института молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения РАН. Александр Сергеевич известен как прекрасный популяризатор науки, интересный рассказчик. Его лекция «Хромосомы, геномы и эволюция млекопитающих» погрузила ребят в мир, отдалённый от дней сегодняшних на миллионы лет и ныне таинственный и загадочный. Профессор объяснял многие явления, решал головоломки, иной раз обращаясь к легендам и повторяя услышанные в разных обстоятельствах байки. Он представлял наработанный исследователями нашей страны и зарубежными богатейший материал. Причем, весьма солидная его часть принадлежит лаборатории Графодатского. Начиная рассказ, Александр Сергеевич предупредил, что лекция его, в общем-то, чисто зоологическая, но с современным уклоном: то, что сейчас именуется сравнительной геномикой, есть зоология на молекулярном уровне. Современные молекулярные методы позволили разобраться в родственных связях живущих ранее и обитающих ныне существ, избавиться от груза накопленных ошибок, представить неопровержимые доказательства и факты, в которые иной раз просто невозможно поверить. Но знать многое — не значит знать всё. Интереснейшая работа продолжается, рождаются новые проекты, объединяя исследователей. Обо всем этом и вел рассказ учёный. Важнейшим событием в биологии в целом за последние 15–20 лет следует признать то, что исследователи из различных областей науки о живом, от палеонтологии до нейробиологии, обрели общий язык — язык молекулярной биологии. В значительной степени этому способствовали реализация программы «Геном человека» и появление большого числа новых молекулярных методов исследований. Вслед за геномикой появились такие модные направления как транскриптомика, протеомика, гликомика, и даже палеогеномика, инфектомика и анатомика, суть которых сводится к использованию новых молекулярно-биологических методов для изучения давно известных структур или процессов. Родственные отношениях млекопитающих планеты Земля всегда интересовали исследователей. Современные молекулярные методы привнесли много нового в наше понимание особенностей организации геномов и эволюции млекопитающих. Древнейшая группа однопроходых, появившаяся примерно 250 млн лет назад, к которой относятся современные ехидны и утконосы, имеет хромосомные и геномные характеристики, сближающие их скорее с рептилиями и птицами, чем с настоящими млекопитающими. Сравнены между собой геномы сумчатых Австралии (кенгуру и коала) и их родственников из Южной Америки, сохранивших много общего с тех времён, когда эти оба континента плюс Антарктида были одним целым. Оказалось, что многие млекопитающие Африки, похожие на наших землероек, кротов и ежей, не являются родственниками последних, а близки слонам из супергруппы Афротерий. В этот же выделенный недавно таксон входят и похожие на грызунов даманы, обитатели морей сирены и ламантины и вообще ни на кого не похожие трубкозубы. Имеют африканское происхождение и южноамериканские неполнозубые — ленивцы, муравьеды и броненосцы. После них выделились две супергруппы: первая включает грызунов, зайцеобразных, приматов и их родственников — тупай и шерстокрылов; вторая — настоящих насекомоядных, хищников и ящеров, летучих мышей и непарнокопытных, китов и парнокопытных. Забавно, что китообразые, которые долго не находили себе родственников при изучении классическими методами, оказались ближайшими генетическими родственниками бегемотов, а летучие мыши генетически более тесно связаны с лошадями и тиграми, чем с землеройками и ежами. Важно, что большая часть выводов сравнительной геномики прекрасно согласуется с данными о дрейфе континентов и другими палеогеографическими событиями. Однако, остается ещё множество нерешённых вопросов. Например, очевидно «африканское» происхождение обезьян и грызунов Южной Америки, но по времени оно относится к периоду, когда связь этих двух континентов была утрачена. Существует множество гипотез о вероятных путях миграции предков этих групп, вплоть до самых экзотических, типа построения плотов и сплава через Атлантический океан. Однако, один из возможных предков американских морских свинок и шиншилл был недавно открыт в Лаосе. Животное, названное сейчас лаонастесом, было тривиально куплено участниками франко-бельгийской экспедиции на сельском базаре. Таким образом, гипотеза движения предков шиншилл из Африки через Азию нашла свое косвенное подтверждение. К сожалению, геномые методы сравнительного анализа не могут быть распространены на большую часть вымерших видов, т.к. ДНК деградирует стремительно и через 100–200 тысяч лет даже в прекрасно сохранившихся костях молекулярным биологам изучать уже нечего. Тем не менее, и в этот краткий, как миг (с точки зрения эволюции) период происходило много интересного. Главным биологическим событием прошедшего года можно считать выделение и анализ ДНК из фаланги пальца и зуба, обнаруженных участниками долговременных раскопок Института археологии и этнографии СО РАН в знаменитой Денисовой пещере. Оказалось, что эти кости принадлежали людям, отделившимся от общего ствола человека даже раньше неандертальцев. К настоящему времени полностью секвенированы геномы человека и большинства домашних и лабораторных видов млекопитающих. Кроме этого, организован консорциум по секвенированию геномов 10 тысяч видов позвоночных, т.е. рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Планируется полномасштабный анализ геномов почти всех из 4,5 тысяч видов последних. Спрашивается зачем? Что ещё, кроме чисто фундаментальных эволюционных задач? Ответ простой: многие из видов животных решили чисто медицинские и прочие проблемы, стоящие и перед Homo sapiens. Например, гренландский серый кит доживает до 240 лет, не дряхлея и не болея, и погибает исключительно от слепоты в силу химической деградации хрусталика. Или африканский грызун с забавным именем «голый землекоп», который вообще не болеет раковыми и сердечными заболеваниями и считается «бессмертным» — зафиксированные факты их гибели связаны исключительно только с «несчастными случаями». Не зря их назвали «Святым Граалем» молекулярной биологии, и множество лабораторий взялись за всестороннее изучение их биологии. Наши косули и лисицы имеют в геномах дополнительные хромосомы, несущие добавочные копии опредёленных генов, возможно, облегчающие адаптации этих видов к определенным условиям среды. И т.д. и т.п. С этой целью сейчас начаты работы по секвенирванию геномов первой сотни диких видов млекопитающих, в которую вошли и кит, и землекоп, а также наши бурый и белый медведи, амурский тигр и снежный леопард, косуля и лисица, алтайский крот и алтайский цокор, т.е. виды, данные о структуре геномов которых, очевидно, дадут основу для дальнейшего планирования биологических исследований на многие десятилетия вперёд. Наверняка после этой лекции некоторые из старшеклассников изберут для себя специальность, связанную с зоологией на молекулярном уровне. Наш корр. Фото Ю. Бибко и В. Новикова стр. 3