09.02.2012 | Наука

В поисках генов фермерства

Наши гены почти не изменились за то время, что мы научились выращивать злаки, строить паровозы и расшифровывать геномы.

Всякий новый мощный метод исследования – будь то дифференциальное исчисление, микроскопия или компьютерное моделирование, – обязательно приносит с собой ощущение, что теперь все вызывавшие затруднение проблемы можно будет решить «в лоб». Не стало исключением и секвенирование ДНК, позволившая непосредственно читать генетические тексты и даже целые геномы. Казалось, что теперь выяснение тонких механизмов любого явления становится делом техники: выявляем гены, с которыми оно связано, читаем их, определяем их продукт – белок или РНК – и смотрим, что может делать такая молекула.

Часто такой путь и в самом деле приводит к интересным результатам. Но нередко он лишь выводит ученых на «исходные позиции» для дальнейшего штурма проблемы, а то и вовсе заводит в тупик. И заранее это знать нельзя.

Именно этим путем пошли ученые из знаменитой лаборатории Колд Спринг Харбор (основанной Джеймсом Уотсоном) и копенгагенского Центра социальной эволюции, исследовавшие панамских муравьев-листорезов. Свое название эти насекомые получили за то, что действительно режут на мелкие кусочки листья растений. В специальных камерах муравейника измельченные листья превращаются в компост – питательную среду для специально разводимых муравьями грибов, которыми эти насекомые и питаются. Такой образ жизни требует сложного, высоко координированного поведения, эволюционное происхождение которого неясно – в ископаемом виде формы поведения не сохраняются, а среди современных видов нет таких, у которых «фермерство» было бы в зачаточном или примитивном виде. Либо сложное и высокопродуктивное грибное хозяйство – либо ничего.

Ученые попытались выяснить генетические основы такого образа жизни. Для этого они провели полную расшифровку генома листорезов (работа, между прочим, почти столь же трудоемкая, как расшифровка генома человека!) и сравнили его с имеющимися в базах данных геномами других видов муравьев и вообще насекомых. Естественно, их интересовало то, что отличает муравьев-фермеров от их живущих собирательством родичей.

Кое-какие отличия в самом деле нашлись: два семейства генов у листорезов оказались более многочисленными (т. е. содержащими больше индивидуальных генов), чем у любых других насекомых. Одно из них, как было известно из работ других исследователей, обеспечивает адаптацию к питанию грибами. Этого, конечно, следовало ожидать: грибы содержат довольно много экзотических (с точки зрения пищеварительной системы животных) веществ, и тому, для кого они служат основой рациона, нужен обширный набор биохимических инструментов. Вторая группа генов вовлечена в формирование половой системы – что тоже не удивило специалистов, ранее заметивших, что в обширном роде Acromyrmex, объединяющем около 30 видов муравьев-листорезов, морфологические и поведенческие отличия сопряжены с различиями в строении репродуктивных органов.

А вот никаких специальных «генов фермерства» найти не удалось. Особенно разочаровали исследователей гены нейропептидов – сигнальных белков, используемых клетками мозга.

Они играют огромную роль в обеспечении поведения насекомых, и уж тут-то ученые твердо рассчитывали найти отличия. Однако, к их удивлению, оказалось, что эти гены (и, соответственно, набор кодируемых ими пептидов) не только практически одинаковы у листорезов и других муравьев, но и вообше мало отличаются у всех «расшифрованных» насекомых. Впрочем, на наш взгляд, это-то как раз не удивительно: значение любого сигнала, будь то слово, дорожный знак или молекула, не заложено в его структуре, а присваивается ему теми, кто этот знак использует.

Как бы то ни было, весь сложнейший комплекс приспособлений, включающий изощренную конструкцю гнезда, поддержание оптимальной температуры, влажности и состава воздуха, заготовку и переработку листового компоста, перенос культуры гриба во вновь создаваемое гнездо и т. д., словно бы никак не отразился в геноме. Впрочем, нам ли этому удивляться? Ведь и наши собственные гены практически не изменились за то время, что мы научились выращивать пшеницу, строить паровозы и расшифровывать геномы.

Источник: «Знание – сила» № 11, 2011,