20.10.2016

Европейские зубры появились еще в плейстоцене

Международный коллектив ученых на основе изучения ДНК из ископаемых образцов вымерших степных зубров и бизонов предложил решение давней загадке происхождения европейских зубров. По их версии, зубры появились не внезапно в начале голоцена 11,7 тысяч лет назад, а существовали в течение, по крайней мере, 55 тысяч лет на европейских территориях. Они появились в результате смешения степного зубра и тура, затем гибриды постепенно сформировали обособленный вид. Существование этого вида зафиксировано в наскальной живописи древних художников.

Для исследователей голоценовой фауны крупных млекопитающих существует так называемая загадка появления зубров. Их ископаемая летопись начинается внезапно, в раннем голоцене, примерно 11,7 тысяч лет назад. Откуда они взялись в Европе? Происхождением европейских зубров занимались специалисты разных профилей — палеонтологи, зоологи, генетики, биогеографы, антропологи (крупные быки были неизменным предметом охоты ранних людей), специалисты по охране исчезающих видов. Поэтому новая статья большого коллектива специалистов под руководством Жюльена Субрие (Julien Soubrier) из Аделаидского университета, опубликованная в Nature Communications, смотрится сюрпризом. Неожиданный ракурс проявился после привлечения новых данных по ДНК из ископаемых костей бизонов (относимых к роду Bison), найденных на европейской территории. Неожиданным в этой статье является и обращение биоинформатиков к древним наскальным рисункам. (Вспомним, что обычно биоинформатики опираются на труднодоступную простому смертному филогенетическую статистику, а не на символические, буквально, доказательства.)

Позднеплейстоценовая (126–11,7 тысяч лет) европейская фауна, судя по ископаемым находкам, включала два вида крупных быков — туры (Bos primigenius) и степные зубры (Bison priscus). Настоящие, или европейские, зубры появляются в европейской ископаемой летописи лишь в последние 11,7 тысяч лет, в голоцене, когда степные зубры вместе с остальной плейстоценовой фауной исчезают (правда, известна находка степного зубра возрастом 10 тысяч лет из Арктической тундры). В голоцене зубры широко распространились по всей европейской территории до Урала, включая и высокогорные районы, например Кавказ. К настоящему времени, как хорошо известно, осталось лишь несколько популяций зубров, искусственно восстановленных и поддерживаемых в заповедниках (самый, пожалуй, известный из которых — Беловежская пуща), но это уже совсем другая тема.

Если опираться на сравнение митохондриальных геномов зубров с другими представителями бычьих, то ближайшие родственники европейских зубров — туры и их потомки, домашний скот. Если обратиться к сравнению ядерных геномов, то ближайшими родственниками зубров окажутся американские бизоны — потомки степного зубра.

Эти разногласия в генетических аргументах можно объяснить смешением древних зубров, отделившихся от общей ветви бизонов более 1 млн лет назад, с другими представителями этой группы. От общих предков со степными зубрами и американскими бизонами им достался ядерный геном, а от туров или их одомашненных потомков — митохондриальный привнос. Впрочем, схема смешений может быть и иной. Тут нужны дополнительные данные и исследования по генетической истории зубров и их родичей.

И вот ученые выделили ДНК из 65 образцов костей и зубов различных представителей бизонов (степных и европейских зубров) и домашнего скота, возрастом от 50 тысяч лет и до современности. На полученном дереве митохондриальной ДНК неожиданно выделилась четкая группа из 38 образцов — и не степные бизоны, и не зубры, и не туры... Эту группу назвали соответственно: клада Х. Ближе всего ее представители оказались к зубрам, и вместе они — родственники туров и коров. Степной зубр и американский бизон составляют более далекую от этих древних представителей группу.

Датировки всех находок радиоуглеродным методом дали возможность расположить веточки дерева на временной оси. Получилось, что клада загадочных зубров вместе с линией европейских зубров появились около 120 тысяч лет назад, то есть в позднем плейстоцене.

Для прояснения вопроса о гибридизации ученые взялись за ядерные геномы ископаемых образцов. Они выбрали для этого девять образцов из клады Х с датировками 55–20 тысяч лет, образец кости зубра возрастом более 55 тысяч лет (возможно, читатели подскажут, что это за образец и как определяли его возраст), образец ткани зубра 1911 года, два образца степного зубра с датировками 30 и 50 тысяч лет.

Сравнение полиморфизмов в ископаемых ДНК показало явную близость клады Х с геномом степного зубра, чуть меньше — с геномом древнего зубра. Расчеты дают оценки генетического родства клады Х и древнего европейского зубра со степным зубром примерно на уровне 84–95%, и это весьма высокий уровень сходства. При этом сходство по полиморфизмам с туром оказывается не выше 5%. Зато по сходству митохондриальных генов европейские зубры и туры гораздо ближе к степным зубрам. Все это вместе означает следующую схему появления линии зубров и клады Х.

Около 120–100 тысяч лет назад в позднем плейстоцене началось смешение степных зубров и туров. Предположительно, в гибридном потомстве лучше выживали коровы — примерно так, как от скрещиваний современного американского бизона и домашнего скота, при котором получаются стерильные гибридные быки, но вполне плодовитые гибридные коровы. В результате последовательных скрещиваний гибридных самок зубро-туров с быками степных зубров потомство получало ядерный геном, несущий всё больше специфики степных зубров и одновременно всё больше митохондриальных генов туров. Около 55 тысяч лет назад эти животные уже составили самостоятельную линию, изолированную и от степных зубров, и от туров, получив внушительное число своих собственных аллелей. Схожий митохондриальный и ядерный геном этой изолированной гибридной линии имели и представители клады Х, и древние зубры, так что они, скорее всего, составляли единый вид. Современные зубры сильно разнятся по своим полиморфизмам и с древним зубром, и с кладой Х. Ученые объясняют это быстрым дрейфом генов в крайне малочисленной популяции европейского зубра.

Как выглядели эти загадочные зубры, представители клады Х. Тут современным исследователям и пригодились наскальные рисунки бизонов и зубров. Ученые предположили, что разница в изображениях происходит не из-за смены художественного стиля в древней живописи, как думали раньше, а просто из-за того, что древние художники рисовали разных зверей. Действительно, глаз-то у тех художников был не хуже нашего, а точность линий с учетом художественных средств — и того лучше.

В наскальной живописи встречаются изображения длиннорогих животных с мощной грудью и горбатой спиной. Но также можно увидеть и относительно короткорогих, с тонкими ногами и ровной спиной. Первые напоминают американских бизонов, близких к степным зубрам, вторые — европейского зубра, родича представителей клады Х. Скорее всего, такими они и были, эти древние европейские зубры, бродившие в позднем плейстоцене по европейским равнинам.

Бизоноподобные рисунки датируются эпохами до последнего оледенения, 34–20 тысяч лет назад, а зуброподобные изображения имеют более поздние датировки, после 17–12 тысяч лет. Такое расхождения во времени, по всей видимости, важно, так как хронология рисунков может отражать действительное положение дел в природе. В более теплые периоды в европейской фауне преобладали степные бизоны, но когда становилось холоднее, на смену им приходили зуброподобные представители клады Х. Такой сценарий смены подтверждается датировками костей: экземпляры клады Х датируются до 50 тысяч лет и после 34 тысяч лет, когда температура в среднем снижалась и преобладала тундровая растительность, а те, находки, которые генетики отнесли к степным зубрам, относятся к промежутку между этими двумя. Во время последнего оледенения степные зубры вымерли, оставив территории европейским зубрам и охотникам. Именно этот переход и зафиксирован художниками. Так что генетика более или менее сошлась с наблюдениями древних художников.

Так что ученые предложили для обсуждения сценарий, в котором все части взаимоувязаны: ядерное родство с одним видом, митохондриальное — с другим, никакого внезапного появления зубра, а вместо него постепенная гибридизация двух существовавших видов, и вдобавок наскальная миграционная документация. Несогласным с этим сценарием придется как следует потрудиться, чтобы столь же блестяще обосновать альтернативную историю.

Кроме того, если предложенная версия подтвердится дополнительными данными по ископаемым ДНК бизонов и зубров разных археологических возрастов, то мы получим чрезвычайно интересный пример видообразования путем гибридизации двух видов с последующей изоляцией. Пример, в котором генетика становления нового вида может быть более или менее полно реконструирована.

Елена Наймарк

Источники:

1. elementy.ru