Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

может, если в диалоге ее невозможно отличить от человека. На эту тему было написано множество научно-фантастических теорий. Печально, но сейчас великий тест выродился в проверку того, может ли уже человек мыслить и доказать, что он – человек, а не робот, правильно определив картинки с трамваями и светофорами.

Но нам Тьюринг особенно дорог тем, что на кончике пера нашел ответ на вопрос о том, как леопард получил свои пятна, зебра – свои полосы, а коты – все это и вдобавок еще букву “М” на лоб и мимические полоски на щеки.

Алан Тьюринг придумал простую модель образования пятен и полос (паттернов) на теле животных. Пусть есть молекулы-морфогены – активатор и ингибитор. Активатор запускает синтез пигмента, а ингибитор этот синтез подавляет. Морфогены диффундируют через ткани животного и взаимодействуют друг с другом. Если морфогены диффундируют с разной скоростью, то неизбежно возникают островки с различными их концентрациями. Районы с высокой концентрацией активатора становятся темными. Те же, в которых много ингибитора, остаются светлыми.

Давайте для наглядности представим, что молекулы активатора – это зайцы, а молекулы ингибитора – волки (рис. 3–4). Зайцы быстро размножаются, но предпочитают жить там, где родились, и неохотно заселяют новые территории. Волки размножаются медленнее, но совершают большие миграции в поисках пищи.

Если в каком-то участке леса появляются зайцы, они начинают быстро размножаться. Плотность зайцев в этом месте резко увеличивается. Когда вся трава съедена, они начинают постепенно перебираться жить в близлежащие участки леса. Где есть зайцы, там появляются и волки. Волки быстро съедают всех зайцев, а те, кому зайцев не досталось, убегают подальше в лес искать других зайцев. Те участки леса (клетки кожи), где была съедена трава, становятся темным пятном. А те участки леса, куда прибежали голодные волки и не дали расплодиться зайцам и где поэтому трава осталась нетронутой, остаются светлой областью.

Рис. 3–4. Образование полос и пятен у кошек по теории Тьюринга.

Если система “заяц – волк” функционирует на узкой площади (например, хвост), то вместо пятен получаются полоски. Если заяц бегает немного быстрее, то одна группа зайцев может успеть забежать за границы своего изначального места обитания и слиться с другой группой зайцев до того, как их всех съедят волки, и значит, темные пятна будут большими.

Модель, конечно, красивая, но слишком простая. Если бы все было так просто, то вместо стройных и симметричных тигровых полос мы бы получали на теле кошки месиво из хаотично разбросанных клякс. По-видимому, зайцы и волки не могут разбегаться, куда им вздумается, и существуют определенные коридоры, по которым они могут бежать.

Модель Тьюринга на кошках

У кошек гены-зайцы и гены-волки работают во внутриутробном развитии – на 7–8-й неделе беременности. После того, как полосы на теле сформированы, их форма больше никогда не изменится. Несмотря на то, что Тьюринг предложил свою модель “заяц – волк” еще в 1952 году, найти те самые гены оказалось не так-то просто. Генетика формирования рисунка кошки была частично выведена из тумана только в 2021 году52, когда наконец были сброшены маски с зайцев и волков и мы узнали о реальных генах, которые за этими масками скрывались.

Наиболее интересный среди них – это ген-волк DKK4, или Ticked (Тикинг). Его нормальный аллель ti кодирует белок, который является лигандом. После синтеза Тикинг экспортируется из клетки и связывается со своим рецептором, расположенным в мембране соседней клетки (рис. 3–5). Это связывание говорит клетке, что она находится в светлой полосе и что EDN3 ей нужно синтезировать мало. Так формируется светлая область шкурки. Те клетки, куда Тикинг не дошел, понимают, что они находятся в темной полосе и что нужно синтезировать много EDN3. Так формируется темная часть шкурки.

Рис. 3–5. По наличию или отсутствию белка Тикинг меланоцит определяет, в какой полосе находится – светлой или темной.

Так как белок Тикинг синтезируется на экспорт, то на одном конце он маркируется красным флажком – короткой специальной последовательностью из аминокислот, чтобы клетка не потеряла его среди всех остальных белков. Эта последовательность как паспорт для экспорта, в котором сказано, что белок нужно транспортировать ИЗ клетки, и никак иначе. Когда Тикинг доставляют к клеточной мембране, то специальные ферменты – сигнальные пептидазы – исполняют роль таможенников. Они отрезают красный флажок, тем самым ставя штамп в паспорте, что груз отправлен и работа выполнена.

После этого зрелый белок Тикинг проходит через канал в клеточной мембране и оказывается за пределами клетки, оставшийся внутри красный флажок успешно расщепляется на аминокислоты, которые идут на постройку следующего белка.

Полосатый, пятнистый, мраморный

У домашних кошек описано несколько рисунков. Из них наиболее часто встречающийся – полосатый (вкл., илл. 7, 17, 18). Его еще называют тигровым, или макрелевым. Считается, что он достался домашним кошкам от предка – степного кота. Его дикие потомки до сих пор бегают по степям, и все они либо полосатые, либо пятнистые, либо полосато-пятнистые. В ходе одомашнивания некоторые наши кошки обрели мраморную окраску, при которой стройные тигровые полоски расползаются, становятся толстыми и причудливо извитыми (вкл., илл. 6, 20, 24).

Что же определяет форму полос? Взаимодействие белка Тикинг с его рецепторами разделяет поверхность тела на светлые и темные полосы. Чисто теоретически, если ускорить транспортировку Тикинга и других белков-волков, то они будут успешнее подавлять синтез белков-зайцев. Это приведет к небольшим отдельно расположенным островкам зайцев, которые не успеют соединиться друг с другом в полоску, и возникнет пятнистая окраска (вкл., илл. 8).

Обратную ситуацию мы ожидаем при замедлении транспортировки Тикинга. При этом зайцам будет предоставлена большая свобода и отдельные их островки не только соединятся друг с другом, но еще и захватят новые территории, и полоски станут толстыми и причудливыми.

Это все были наши теоретические выкладки. А что известно на практике? Про пятнистую окраску пока ничего не известно. Скорее всего, существует несколько генов-модификаторов, ускоряющих либо тормозящих работу Тикинга, каждый из которых оказывает лишь небольшое влияние.

Про мраморную окраску известно гораздо больше. В середине XIX века, когда многие кошачьи породы только создавались, тогдашние котоводы заметили необычных мраморных кошек и стали активно отбирать их для скрещиваний. В результате мраморная окраска быстро распространилась среди породистых кошек. Первое, что выяснилось почти сразу, так это характер наследования. Мраморная окраска – рецессивный признак53.

В 2006 году стало известно, что ген, мутация в котором приводит к мраморной окраске, находится на хромосоме В154. Спустя шесть лет нашли и сам ген – это TAQPEP, или Tabby (Тэбби). Нормальный аллель Ta кодирует белок – трансмембранную аминопептидазу Q, формирующую канал, по которому перемещаются различные вещества в