Беседа с главным научным сотрудником лаборатории молекулярной зоологии Научно-практического центра по биоресурсам Национальной академии наук Беларуси, кандидатом биологических наук Константином Гомелем.
В наше время слово «инбридинг» чаще встречается в негативном освещении. Говорят, что это явление приводит к истощению генетического разнообразия у животных, проявлению болезней и исчезновению популяций.
Логично предположить: нужно постоянно совершенствовать генетическое разнообразие, завозить представителей других линий, проводить селекционную работу. Но неужели миллионы лет эволюции, где всегда присутствовал инбридинг, природа, обходящаяся без руководящей и направляющей роли человека, как-то сохраняла биоразнообразие, а теперь это стало угрозой, требующей предотвращения?
Чтобы прояснить ситуацию, созвонились с ведущим научным сотрудником лаборатории молекулярной зоологии Научно-практического центра по биоресурсам Национальной академии наук Беларуси, кандидатом биологических наук Константином Гомелем.
— «При числе 50 глухарей инбридинг приводит к исчезновению вида через 100 лет», «В Беларуси инбридинг вызвал у зубрят не устойчивость к многим болезням. Они гибнут, и численность популяции сокращается», «Олень с множественными копытами… причина мутации — очень плотная популяция животных и многоуровневый инбридинг» — лишь часть цитат из статей, где причиной бед называют скрещивание близкородственных особей. Действительно ли этот процесс так страшен, как его пытаются представить?
Различные термины используются для описания инбридинга в специальной литературе. Предлагаю начать с определения этого явления. Обычно подразумевается повышение гомозиготности генома из-за скрещивания близкородственных особей, что приводит к уменьшению генетического разнообразия потомков при таком типе размножения.
Суммируя влияние инбридинга на популяции животных, можно говорить об отрицательном его влиянии на их жизнеспособность. Это не всегда выражается в резком уменьшении численности, скорее речь о длительных эффектах, которые оказывают воздействие на выживание в будущем.
Инбридинг увеличивает гомозиготность потомков. Наибольший вред наносят не смертельные варианты генов (аллели), а те, которые ослабляют приспособленность особей в популяции. Это может проявляться в уменьшении размера помета, плодовитости и продолжительности жизни животных. Популяции с высоким уровнем инбридинга более уязвимы к стрессовым факторам и изменениям условий окружающей среды. Например, тасманийский дьявол находится на грани исчезновения из-за опухоли, вызванной ослабленным иммунитетом инбредных животных. У европейского зубра наблюдаются нарушения развития черепа. Голый землекоп, ранее считавшийся примером отсутствия влияния инбридинга, показал, что инбредные особи в два-три раза чаще погибают от коронавирусной инфекции.
В дикой природе для развития любой популяции важны естественный отбор и адаптация с помощью генетических мутаций. Слабое существо либо быстро погибает, либо не размножается. Как же в этом случае инбридинг как отрицательный фактор создаёт дополнительные угрозы при вмешательстве человека? Например, строительству защитных сооружений или охране вида.
Хорошо спланированная работа по защите редких видов должна помогать их сохранению, что мы и видим в большинстве ситуаций. Восстановление популяций европейского зубра, благородного оленя, евразийского бобра и других – тому пример. Но если подобная деятельность ведется без должного понимания биологии и экологии вида, без учета научных данных или с использованием неправильной методики, это может только ухудшить положение животных, усилив негативные последствия инбридинга.
Генетические исследования лосей Костромской и Ярославской областей показали, что коэффициент инбридинга в Ярославской области больше, чем на лосеферме и у костромских лосей. Выявленный поток генов указывает на генетическое своеобразие природных популяций этих областей и предполагает, что они не являются единой популяцией. Можно ли считать подобные исследования подтверждением того, что в естественных условиях популяции любого размера могут стабильно существовать несмотря на инбридинг, а внешние условия играют более важную роль?
Исследования такого типа не могут однозначно утверждать, что в природных условиях инбридинг никогда не играет роли в популяции любого размера. Как правило, чем меньше популяция, тем выше вероятность скрещивания между родственниками и увеличения вероятности проявления негативных эффектов вредных аллелей. В случае с лосями отмечается высокая численность обеих популяций и относительно высокий уровень потока генов между ними. Это является основанием для поддержания приемлемого уровня генетического разнообразия и противостояния последствиям возможных случаев близкородственного скрещивания. Указанные уровни инбридинга для данных популяций еще не указывают на то, что для них характерно именно близкородственное скрещивание.
Указанные показатели коэффициента инбридинга могут возникнуть при формировании популяции из первоначально ограниченного числа особей, что свидетельствует не о кровном родстве, а лишь об исходной малочисленности. Это далеко не единственное возможное объяснение такому параметрам.
Влияние внешних условий на выживаемость животных и роль инбридинга в этом вопросе остаются предметом дискуссии из-за множества факторов. Можно констатировать, что близкородственное скрещивание, свойственное мелким популяциям, понижает их адаптационный потенциал и способность противостоять неблагоприятным условиям окружающей среды.
Понимая механизмы эволюции, нельзя отрицать значение генетического разнообразия. Успехи селекции в ботанике и зоологии очевидны всем. Но как проявляются негативные последствия распространённой практики переселения особей из других регионов или стран в уже сложившиеся популяции, например, оленей благородных? Да, генофонд становится более разнообразным, но не увеличивается ли при этом фактор генетических отклонений?
Важно помнить, что стремление обогатить местный генофонд животного вида может обернуться негативными результатами без научного подхода. Местные популяции, сформированные за длительное время, обладают определённым уровнем приспособлений к условиям обитания. Не учитывая эти особенности, можно наблюдать аутбредную депрессию — разрушение эволюционно сложившихся и приспособленных к конкретной среде взаимодействий генов.
Чтобы избежать негативных последствий, заранее оценивают генетическую уникальность местных популяций животных. По итогам делается вывод о необходимости обогащения генетического разнообразия за счет особей из других популяций и выбор конкретных для этого групп. Такая работа была проведена в рамках исследования генетического разнообразия и истории формирования реинтродуцированной популяции благородного оленя в Беларуси.
Популяция благородных оленей сформирована из четырех генетических линий: западноевропейской (иберийского происхождения), кавказской, тирренской и балканской. Это следствие кампаний по восстановлению вида после почти полного исчезновения в середине XIX века, вызванного деятельностью человека. В связи с этим меньше причин для беспокойства о нарушении своеобразия популяции благородных оленей Беларуси из-за появления новых особей, за исключением случаев завоза животных неизвестного, потенциально смешанного или генетически удаленного происхождения.
Как сегодня относиться к инбридингу в фауне?
Инбридинг служит сигналом о том, что наблюдаемая популяция животных может столкнуться с трудностями. Такое положение может возникнуть после резкого сокращения численности или сильной фрагментации, когда особи характеризуются пониженной приспособленностью и не смогут эффективно противостоять будущим изменениям окружающей среды. Это особенно актуально для сильно изолированных и небольших популяций.
Важно помнить, что уязвимые виды животных могут проявлять инбридную депрессию независимо от того, наблюдалась ли она в конкретном случае. Иногда для получения статистически значимых результатов недостаточно данных.
Это связано с тем, что проявление инбредной депрессии сильно варьируется в зависимости от вида, популяции или линий-основателей, а также условий окружающей среды.
В то же время определенные положительные эффекты инбридинг может оказывать на растения или некоторых животных (например, моллюсков), способных к самооплодотворению. В этом случае он служит механизмом удаления вредных аллелей из небольших популяций.
Ученые должны внимательно изучать это явление и тщательно контролировать его развитие в каждом отдельном случае. Важно помнить, что последствия инбридинга могут проявляться на разных этапах жизни животных и иметь разный уровень выраженности от слабого до ярко выраженного. Поскольку антропогенное воздействие на окружающую среду, включая животный мир, в обозримом будущем не уменьшится, необходимо заранее предотвращать возможные проблемы, а не искать после этого пути их решения.
Биологическое разнообразие и инбридинг
Популярное мнение о том, что больше разнообразия – лучше, опровергается теорией и результатами исследований. Инбридинг объявлен особо опасным врагом из-за снижения числа генетических вариаций и усиления проявления некоторых генов, включая нежелательные. Изучение поведения и демографии зверей и птиц различных видов показало существование механизмов, направленных на поддержание не только аутбридинга, но и инбридинга в природе.
Современные исследования с применением методов молекулярной генетики позволяют ученым изучать прямые и косвенные последствия близкородственного разведения. Обширное исследование показало, что, несмотря на то, что уровни инбридинга во многих породах собак превышают допустимые значения, различий в заболеваемости между этими группами нет (Bannasch et al., 2021), а значит, частота заболеваний у пород не является прямым следствием близкородственного разведения.
Исследования показали, что у большинства диких животных и человека уровни гетерозиготности невелики (Westbury et al., 2019) и не служат индикатором благополучия вида. В небольших популяциях степень инбридинга может увеличиваться, но это следствие, а не причина низкой численности. Можно утверждать, что инбридинг — «разведение в себе» — является одной из причин снижения генетического разнообразия, но необходим для распространения комбинаций генов, обеспечивающих адаптацию к конкретным условиям.
История с благородными оленями в Испании, которых разводили для охоты, прямо касается охотоведения. Чтобы улучшить размеры тела и качество рогов, решили повысить генетическое разнообразие и привезли оленей из других регионов. В результате параметры исходной популяции ухудшились. Выяснилось, что своеобразный генотип, обеспечивший адаптацию к данным условиям, был разрушен «вливанием свежей крови» (Маркина, Банникова, 2024).
Помимо прямых воздействий на генетическое разнообразие существуют санитарно-эпидемиологические аспекты «освежения кровей». Это не только гельминтозы и инфекционные заболевания, частота которых различается в разных популяциях. Примером служат прионные болезни (например, коровье бешенство, губчатая энцефалопатия) с их длительным латентным периодом, когда инфицированный годами не проявляет симптомов. Внешне здоровыми животными, внесенными для избежания инбредной депрессии, могут быть носители этих заболеваний.
Нельзя искусственно увеличивать разнообразие, так как природа нуждается в равновесии, а его сохранение требует продуманных шагов с учетом всех последствий.
Анна Шубкина — старший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова.
