Уши, лапки и хвосты
Почему у кошек они такие разные и что вообще известно ученым про этих животных
8 августа отмечается Всемирный день кошек. Праздник неофициальный, но владельцев этих зверей в мире более чем достаточно, чтобы с ними считаться, а любителей, мечтающих обзавестись, и того больше. Для них и не только в начале этого года в России вышла книга «Кошки, гены и эволюция» новосибирских ученых Любови Малиновской и Павла Бородина. Это первая попытка рассказать доступно широкой аудитории о результатах исследований генетики кошек за годы работы. Например, в книге детально описаны 40 генетических типов кошачьих. «Ъ» резюмирует последние научные достижения в вопросе — для тех, кто любит тех, у кого лапки.
Фото: Guy Van Langenhove / Biosphoto / AFP
Фото: Guy Van Langenhove / Biosphoto / AFP
Система образования для посвящения в генетику школьников и студентов до сих пор использовала только горох и мелких мошек — дрозофил. Между тем кошка — это седьмой по счету вид млекопитающих после человека, шимпанзе, мыши, крысы, собаки и коровы, который может похвастаться «прочитанным» или секвенированным геномом. Известно даже имя этой абиссинской кошки из американского штата Миссури — ее звали Корицей (Cinnamon). Сегодня секвенирование генома породистой кошечки — процесс более чем доступный. А сами секвенаторы есть в любом биологическом институте. А еще с момента возникновения соцсетей кошка — источник успеха в продвижении любых продуктов и услуг.
Все эти факты, а также годы научной работы натолкнули ученых из Новосибирска Любовь Малиновскую и Павла Бородина написать книгу о котах и их генетике, но на понятных непогруженному глубоко в науку читателю примерах. Так появилась «Кошки, гены и эволюция», в которой объясняется механизм «раскраски» котов разных пород на чертежах матричных РНК и ошибках в них, рассказывается об отвечающем за окраску ферменте — тирозиназе, который есть не только у кошек, но и у людей, а еще обнаруживается, например, в яблоках.
На все источники мы давали ссылки, так что наш читатель всегда может найти первоисточник и почерпнуть в нем интересующие детали, настаивали авторы на презентации книги в Технопарке новосибирского Академгородка.
Фото: Издательство Corpus
Фото: личный архив
Фото: личный архив
Глаза и лапы
Совсем обойти сложную генетическую терминологию авторы не пытались — слишком много научных деталей и взаимосвязей они описали, чтобы этот труд не представлял бы собой ликбез и возбуждал неизменный интерес коллег по микроскопу и секвенатору. Но пугаться страниц про ДНК, РНК, гетеро- и гомозиготы, доминирующие и рецессивные гены, тирозиназу и аминокислоты не стоит. Тем более что за ними начинается все самое интересное.
Например, рассказывается, что сиамская окраска кошек появилась из-за одной мутации в гене, который вдруг стал требовать более низкой температуры для окрашивания шерсти котенка. Пород кошек с сиамским окрасом и той же мутацией очень много. Помимо сиамской есть еще невская маскарадная, бирманская, гималайская, рэгдолл, меконгский бобтейл и многие другие. Поскольку морда, кончики ушей и лапы у кошки более прохладные, чем остальные части тела, они и окрасились в шоколадный. Но температура этих участков не кардинально отличается от соседних, так что получается постепенный градиент в переходе цвета от светлого к темному.
Природа кристально чистых голубых глаз также кроется в отсутствии передачи в клетки меланина для более темных окрасок.
Про сами глаза кошек и особенности их зрения ученые сегодня тоже знают немало.
Например, мир они видят сине-зеленым. У кошачьих нет желто-красного диапазона длин волн, так что окружающее пространство для будто бы подводное. (Кстати, предки млекопитающих на Земле, как считается, были квадрохроматиками, то есть они могли видеть в ультрафиолетовой области спектра, но потом эта способность оказалась утрачена).
Котята сибирской породы
Фото: Blue Valentines / Global Look Press
Котята сибирской породы
Фото: Blue Valentines / Global Look Press
А вот мир сиамских кошек плоский и нерезкий. Оказывается, в коре их головного мозга информация не сливается в единое изображение, как у других пород и у прочих млекопитающих с бинокулярным зрением, например у людей. Видение двух независимых изображений, которые вдобавок еще и сильно перекрываются друг с другом, может пошатнуть даже крепкий рассудок. Однако со стороны сиамские кошки выглядят вполне здоровыми и веселыми. Они хорошо бегают, прыгают и легко избегают препятствий. Все из-за того, что у них в зрительной коре подавляется «лишняя» информация от другого глаза. Та самая, которая придает нашей картинке объем благодаря работе бинокулярных нейронов. А эти животные прекрасно существуют в двумерном пространстве. Более того, их второй глаз за ненадобностью далеко не всегда смотрит туда же, куда первый. Иногда это совершенно напрасно пугает их любящих хозяев.
Сиамская кошка
Фото: Ирина Бужор / Коммерсантъ
Сиамская кошка
Фото: Ирина Бужор / Коммерсантъ
Цвет слуха
О проблемах со здоровьем альбиносов любителям кошек хорошо известно. Мутации, ведущие к альбинизму, рассказывают в книге Павел Бородин и Любовь Малиновская, обнаружены у всех позвоночных — рыб, амфибий, рептилий, птиц. В случае млекопитающих они описаны у представителей практически всех отрядов. Такие мутации есть у мышей, крыс, кроликов, кенгуру, ежей и многих других. И, разумеется, у кошки и человека.
У нас с кошками вообще намного больше общего, чем принято считать.
И да, альбиносы среди людей тоже встречаются, и так же, как кошки, они имеют сходные проблемы со зрением из-за обесцвеченной радужки глаза, в которой не хватает меланина. «В этом и состоит прелесть наших геномов, что они у всех нас устроены очень сходно, а уж у нас с кошками и подавно,— отмечают авторы книги.— Гены не просто устроены одинаково, их поломки (мутации) приводят к похожим или вовсе одинаковым эффектам. Эту закономерность заметил еще в начале XX века биолог Николай Вавилов».
Фото: HUGHES Hervй / hemis.fr / Hemis / AFP
Фото: Глеб Щелкунов / Коммерсантъ / купить фото
Фото: Tayfun Coskun / Anadolu / AFP
Фото: Matthijs Kuijpers / Biosphoto / AFP
Фото: Celal Gunes / Anadolu / AFP
Кстати, меланоциты — пигментные клетки — нужны не только коже, волосам и радужке глаза, но и улитке внутреннего уха. Но не для окраски, а для хорошего слуха. В улитке внутреннего уха находятся рецепторные клетки, которые преобразуют механические колебания звуковой волны в электрические сигналы. Это единственный тип клеток в улитке, который производит белок калиевого канала и обеспечивает транспорт ионов калия, необходимых для передачи электрических сигналов в мозг. Отсутствие меланоцитов во внутреннем ухе ведет к врожденной глухоте. Связь между белым цветом шерсти, голубым цветом глаз и глухотой отмечал еще Чарльз Дарвин. 37% белых кошек голубоглазые и глухие, поэтому современное «котоводство» запрещает скрещивать белых кошек между собой во избежание увеличения плохой статистики.
Фото: Виктор Драчев / Коммерсантъ / купить фото
Фото: Виктор Драчев / Коммерсантъ / купить фото
KIT и КОТ
Рассказ о том, откуда у кошек белые носочки на передних лапах и белые чулки на задних, а также белоснежные манишки и светлые фиговые листочки в паховой области, авторы ведут от историй наблюдений одного из первых популяризаторов наук в России — профессора Императорского Московского университета Карла Рулье. Как-то, наблюдая за лошадьми, он заметил, что у них есть особенности окраса: белые пятна всегда расположены в одних и тех же местах, и на передних ногах их размер меньше, чем на задних.
Современные генетики установили, что за окраску отвечают пигментные центры, из которых клетки на определенном сроке беременности начинают медленно распространяться по телу эмбриона, достигая волосяных луковиц ко времени их образования в коже.
А расположены эти пигментные центры вдоль нервного гребня, то есть в верхней части позвоночника, в области холки как у лошадей, коров и кроликов, так и у собак и кошек, лисиц, норок и т. д. И самые отдаленные от него участки тела — живот и кончики лап при определенных мутациях не успевают получить пигментные клетки к моменту завершения формирования у эмбриона волосяных фолликул. Передние ноги к холке ближе, чем задние, поэтому на задних лапах образуются чулки, а на передних только носочки.
Профессор Карл Рулье заметил систему в белых пятнах у животных
Фото: Архив Российской академии наук
Профессор Карл Рулье заметил систему в белых пятнах у животных
Фото: Архив Российской академии наук
За активность клеток, регулирующих пигментацию волос у животных, отвечает ген KIT, который есть и у людей. Причем сбои в работе этого гена, который регулирует образование и доставку клеток в эмбрионе, во взрослом возрасте приводят к различным видам онкологии, так что KIT находится под пристальным вниманием генетиков всего мира, а мутации в этом гене включены во все программы геномного тестирования.
Кошка породы рэгдолл
Фото: Verena Scholze / Global Look Press
Кошка породы рэгдолл
Фото: Verena Scholze / Global Look Press
Причиной мутаций в гене KIT оказался непонятно каким образом встроившийся в него фрагмент ретровируса — это генетический материал, о происхождении которого ученые до сих пор спорят. Многие исследователи вообще не считают его как-то относящимся к вирусам. Ретровирусы произошли миллиарды лет назад, но свою приставку «ретро» они получили не поэтому, а как раз из-за способности к обратной транскрипции и встраиванию в ДНК хозяина. Самый известный человечеству ретровирус — это ВИЧ, но подавляющее большинство ретровирусов не обладает такой вредоносностью для организмов, в которые они встраиваются. Из ретровирусных ДНК состоит примерно 4–5% генома кошки, человека и других млекопитающих. Один лишь этот ретровирус белой пятнистости составляет 1% кошачьего генома, куда, по оценкам палеогенетиков, он внедрился около 3 млн лет назад. Но тогда он располагался в межгенных пространствах и не носил никакой функции. Мешать продуцированию пигмента он начал только после поломки, когда от него осталась лишь маленькая часть, которая по случайности блокировала ген KIT. Эта блокировка произошла не от вредности ретровируса, а из-за места его встраивания. Иначе говоря, он просто мусорный элемент, оказавшийся в важном месте и испортивший слаженную систему. Пытаясь анализировать этот происходящий в эволюции хаос, невольно задумываешься, как с таким количеством поломок и ошибок у природы получилось создать такую гармонию и красоту? Ответ очевиден: методом проб и ошибок. Впрочем, к белым пятнам у животных, кажется, ни у кого претензий нет. Именно этот маркер выдает домашнее животное и отличает его от дикого. Но почему у диких нет белых пятен? Ему нужно быть незаметным для хищника, это понятно. Особи с белыми пятнами, видимо, отсеиваются естественным отбором. А в домашних условиях эти признаки, наоборот, прогрессируют. Это еще в 1970-е годы выявил академик Дмитрий Беляев, основатель Института цитологии и генетики СО РАН.
Кошка абиссинской породы
Фото: L.G. Patterson / AP
Кошка абиссинской породы
Фото: L.G. Patterson / AP
Потомки степного кота
В дополнение к белым пятнам (пегости) у кошки еще в утробе формируются и все остальные элементы будущего «дизайна», которые также не меняются с возрастом. Сколько же у кошек существует видов окраски и пород?
Первая в мире выставка кошек состоялась в Лондонском хрустальном дворце в июле 1871 года. На ней было показано 170 кошек 25 различных пород. Сегодня версии разных организаций, сколько в пире пород кошек, варьируются. Все зависит от того, какие селекционные линии они считают породой.
Фелинологической организацией WCF на данный момент признано более 70 пород. При этом 95% домашних кошек в мире вообще не относятся ни к какой породе и составляют основную часть кошачьей популяции.
У домашних кошек описано несколько рисунков. Из них наиболее часто встречающийся — полосатый, который формирует белок Агути. Такой цвет еще называют тигровым или макрелевым. Считается, что он достался домашним кошкам от степного кота. Его дикие потомки до сих пор бегают по степям.
Фото: Роман Канащук / Коммерсантъ / купить фото
Фото: Eduardo Munoz / Reuters
Фото: Роман Канащук / Коммерсантъ
Другая разновидность того же типа окраски — мраморная. Таким окрасом могут похвастаться не только домашние кошки, но и гепарды. Мраморного гепарда впервые сфотографировал британский майор Купер в сентябре 1926 года. Тогда же вышла заметка о нем в лондонском журнале. Небывалое создание назвали королевским гепардом. Позже выяснилось, что это не отдельный вид, а лишь результат мутации, при которой ровные тигровые полоски превращаются в мраморные загогулины.
Математик и философ Алан Тьюринг придумал простую модель образования пятен и полос на теле животных. Молекула-активатор запускает синтез пигмента, а ингибитор его подавляет. Районы с высокой концентрацией активатора становятся темными. Те же, в которых много ингибитора, остаются светлыми.
Британский математик и философ Алан Тьюринг
Фото: SHERBORNE SCHOOL / AFP
Британский математик и философ Алан Тьюринг
Фото: SHERBORNE SCHOOL / AFP
Тьюринг предложил свою модель еще в 1952 году, но найти те самые гены оказалось непросто. Генетика формирования рисунка кошки прояснилась только в 2021-м. Все в ней оказалось достаточно хрупко: один сломанный белок — и стройная система синтеза пигмента идет вразнос, выдавая в результате то угольно-черную пантеру, то солнечно-золотого сибиряка. В частности, все дымчатые расцветки происходят от недостаточно активного транспорта меланоцитов в шерсть. Это приводит к тому, что в волосе распределение меланосом оказывается неравномерным и как бы слегка прозрачным за счет пустых пространств без пигментных гранул, что сильно осветляет стандартную окраску. Таким образом черный становится голубым, рыжий — кремовым, шоколадный — лиловым, а коричный — палевым.
Фото: Ekaterina Lyzlova / AP
Фото: Виктор Драчев / Коммерсантъ / купить фото
Слово о трансгенных котах
Сегодня в моде бесшерстные породы. Их существуют десятки, как и кудрявых. Многие настолько редки, что даже не зарегистрированы в крупных фелинологических организациях. Особый интерес представляют межпородные гибриды, где бесшерстность сочетается с другими необычными признаками. Например, эльф — это гибрид между канадским сфинксом и американским керлом. От сфинкса ему досталась бесшерстность, а от американского керла — загнутые назад уши. Или двэльф — это эльф, но с короткими, как у таксы, лапами. Принцип создания новых пород прост: берется одна эффектная мутация, добавляется вторая — и уникальный питомец готов. Но, к сожалению, создание животного с другой генетикой скелета — это не только про внешность, но и про компромиссы. Некоторые мутации безобидны, какие-то помогли появиться породам, которые завоевали тысячи человеческих сердец, но есть и такие, которые опасны или несут скрытые угрозы.
Сегодня генетики умеют создавать животных с заранее запланированными свойствами и редактировать их собственные гены.
Современные технологии позволяют целенаправленно вносить изменения в нужные участки генома. Но этический аспект этого процесса явно недостаточно проработан. Без сомнения, должны быть запрещены те изменения, которые несут животным страдания. Ведь порой красота приводит к снижению качества и сокращению срока жизни, выливается в тяжелые заболевания.
При этом самые, казалось бы, насущные для людей параметры кошек так до сих пор и не достигнуты. Гипоаллергенных котов так и не вывели. Сфинксы таковыми не являются, поскольку аллергия бывает на их слюну. Так что седьмая часть человечества из-за аллергии по-прежнему лишена радости общения с котами. Павел Бородин и Любовь Малиновская справедливо считают, что нужно смыть это пятно на репутации современной генной инженерии, прежде чем двигаться дальше.