Блондинки отличаются от брюнеток или негритянок благодаря тем же генам, что и от шимпанзе. Более того, похоже, данный принцип верен для всех видов животного мира.
Как показали на дрозофилах биологи из Мичиганского университета (University of Michigan), за внутривидовую и межвидовую цветовую изменчивость отвечают вариации одних и тех же генов. Причем ученые полагают, что этот принцип универсален для всех видов.
Патриция Витткопп (Patricia Wittkopp), доцент экологии и эволюционной биологии, изучала с коллегами различия в пигментации двух видов мух дрозофил -- Drosophila americana иDrosophila novamexicana. Эти виды эволюционно близки, они разделились от общего предка в пределах 500 тыс. лет назад. Но по внешнему виду хорошо различаются: американские дрозофилы имеют темно-коричневую окраску, а мексиканские -- светло-желтую.
Картирование генов желтых и коричневых мух
Для эксперимента ученые скрестили изучаемые виды. На гибридах второго поколения, которые расщепились по окраске, они провели генетическое картирование. Задача этого метода -- связать изменчивость в окраске с определенными участками генома. Так, в одном из найденных участков на второй хромосоме расположен генebony. Причем ученым уже была известна его роль в пигментации на примере обычной лабораторной дрозофилы Drosophila melanogaster.
Биологи заинтересовались и другим геном -- tan, который размещается на половой Х-хромосоме. Чтобы выяснить его роль, они скрестили самок коричневой американской дрозофилы и самцов мексиканской желтой дрозофилы. Гибриды второго поколения, которые продемонстрировали палитру различных оттенков, разложили по цвету и снова провели генетическое картирование. Выяснилось, что самые светлые мухи унаследовали ген tan от мексиканских дрозофил, а самые темные -- от американских.
Генетическое жонглирование
Затем ученые пересадили гены tan и ebony от одного вида дрозофилы к другому и убедились, что пересаженные гены меняют цвет у мух, к которым были пересажены. Количественно вклад этих двух генов в изменчивость пигментации составил 87%.
На следующем этапе ученые взяли копии гена tan из американской и мексиканской дрозофилы и поместили их в геном совершенно другого вида дрозофилы -- Drosophila melanogaster. В итоге они получили две группы мух (с разными копиями гена), которые четко различались по пигментации. Получившие ген из американских мух оказались темнее, а получившие ген из мексиканских мух -- светлее.
Как гены делают цвет
Белок ebony катализирует превращение дофамина в предшественник желтого пигмента склеротина. А белок tan катализирует противоположную реакцию, превращая склеротин обратно в дофамин, который в свою очередь служит предшественником темного пигмента меланина. Баланс между этими двумя белками обеспечивает промежуточную окраску, более или менее темную. Количество того и другого белка зависит от степени экспрессии гена. А она в свою очередь определяется различиями на уровне нуклеотидной последовательности, то есть строением гена.
Блондинки и брюнетки
Оставалось только разобраться с внутривидовой изменчивостью по цвету. Для этого биологи исследовали цветовые вариации у мух одного вида -- американской дрозофилы: одни особи этого вида окрашены заметно темнее, чем другие. Вообще окраска различается в зависимости от географического региона, в котором поймали насекомых. Однако, как удалось показать генетикам, основную роль здесь играют не внешние условия, а генетические факторы.
Биологи провели генетическое картирование гибридов мух с разной окраской, и для обоих генов подтвердилась связь их строения (вариации нуклеотидных последовательностей) с пигментацией. Причем у светлых особей американских дрозофил эти гены были близки к вариантам, которые обычны для мексиканской дрозофилы. А значит, решили ученые, эти гены и американские, и мексиканские мухи получили от общего предка. Различия по цвету возникали параллельно с расхождением мух на отдельные виды. Следовательно, между внутривидовыми и межвидовыми различиями по цвету нет принципиальной разницы.
Биологи полагают, что механизм разноцветности универсален. То есть одни и те же гены отвечают за разнообразие окраски как внутри вида, так и между разными, но близкими между собой видами. Применительно к людям и их ближайшим родственникам это означает, что блондинов, рыжих и брюнетов делают те же гены, что отличают цвет человеческих кожи и волос от шимпанзиного.
Статья о генетической природе разноцветности опубликована в журнале Science.
