Об авторе: Хассан Банех, старший преподаватель проектного центра агротехнологий Сколтеха (Сколковского института науки и технологий).
Селекция сквозь историю
Селекционные методы разведения в животноводстве приносят большую пользу человечеству. Благодаря им товарная масса цыплят сейчас в четыре раза больше, чем 60 лет назад, а средний надой молока за последние 50 лет вырос минимум в два раза.
Наиболее лаконичное и простое определение селекции звучит так: «Селекция — наука о методах создания сортов и гибридов растений, пород животных». Она позволяет создавать живые организмы с улучшенным набором признаков (внешний вид, особенности жизнедеятельности, устойчивость к болезням, выносливость и т.д.), отвечающих требованиям человечества.
История возникновения науки уходит корнями в далекое прошлое. Изначально отбор крупного рогатого скота, овец и коз основывался на наблюдениях и интуиции. Древние общества выбирали для разведения наиболее крупных и здоровых особей, основываясь на их жизненных показателях и способностях.
С течением времени к этому процессу стали добавляться элементы систематического подхода. Аграрии начали создавать специальные условия для разведения животных, что улучшало генетическое разнообразие и снижало риск наследственных заболеваний. В 18-19 веках к селекции животных начали применять более научный подход благодаря развитию нового направления — генетики. Австрийский биолог Грегор Мендель в середине XIX века провел ряд экспериментов на горохе, которые заложили основу для понимания механизмов наследственности. Дальнейшие исследования позволили узнать не только, как гены кодируют различные черты, но и то, как они передаются от родителей к потомству.
За годы изучения селекция преобразовалась в науку, обладающую своими уникальными методами. Лидерами в области селекции животных сейчас являются США, Австралия и несколько западноевропейских стран. В них проводятся передовые программы по генетическому разнообразию в молочной, мясной и овцеводческой отраслях.
Эволюция методов
В селекционной работе с животными применяют несколько видов скрещивания:
- Селективное разведение — выбираются родители с определенными признаками, чтобы получить потомство с желаемыми характеристиками.
- Инбридинг — скрещивание близкородных пород для поддержания определенных генетических характеристик. С помощью этого метода созданы куры-бройлеры. Они достигают «рыночного» веса почти в три раза быстрее, чем цыплята в 1950-х. Такое резкое ускорение темпов роста достигается в первую очередь за счет интенсивного генетического отбора и специализированных программ питания, а не за счет использования гормонов.
- Аутбридинг — скрещивание разных пород, чтобы привнести новые черты и увеличить генетическое разнообразие поголовья. С помощью этого метода советский животновод Михаил Иванов вывел новую породу свиней — украинскую степную белую. Зоотехник скрестил высокопродуктивного хряка крупной английской белой породы и неприхотливую к условиям содержания самкой местной породы.
При разведении животных селекционеры используют современные средства и технологии. Среди них:
- генная инженерия — манипуляции с ДНК (молекула, несущая генетическую информацию в живых организмах. — «РБК Тренды») для изменения генетических характеристик;
- искусственное осеменение — позволяет проводить селективное спаривание без необходимости физического взаимодействия животных;
- перенос эмбрионов — процесс включает в себя имплантацию эмбрионов от самки-донора в самку-реципиента, что позволяет получить массовое производство желаемой генетики;
- CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) — генетический инструмент, используемый для редактирования генов и нашедший широкое применение в современном животноводстве. Он позволяет ученым изменять конкретные гены, исправляя дефекты.
В животноводстве также широко задействована геномная селекция — метод отбора животных на основе анализа ДНК. Оценка, основанная на геноме (полный набор генетической информации организма. — «РБК Тренды»), предоставляют фермерам возможность оценить потенциал породы на очень ранней стадии, даже если информация о фенотипе (совокупность наблюдаемых характеристик и признаков организма, которые формируются в результате взаимодействия его генетической информации (генотипа) и окружающей среды. — «РБК Тренды») и родословной недоступна.
Еще один ключевой тренд селекции сегодня — использование омиксных данных (большие массивы данных, собранные на разных уровнях биологических процессов. — «РБК Тренды»), передовые вычислительные методы и технологии точного фенотипирования (процесс определения характеристик организма, которые развиваются в результате взаимодействия наследственной информации и окружающей среды. — «РБК Тренды»). Еще ученые работают над использованием искусственного интеллекта для анализа сложных наборов данных, оцифровки ферм и генетической оценки.
Важность селекции
Селекция призвана решать огромный комплекс задач. Одно из направлений — это создание новых сортов и гибридов, приспособленных к изменяющемуся климату.
В 1970-х в результате скрещивания черной смородины и двух видов крыжовника была получена новая культура — йошта. Гибрид отличается устойчивостью к ряду заболеваний, обильным урожаем и отсутствием колючек. Тритикале — еще один межвидовой гибрид, полученный от скрещивания пшеницы и ржи. Сочетает в себе высокую урожайность, устойчивость к низким температурам и болезням.
В животноводстве повышенным спросом пользуются породы с высоким уровнем продуктивности. Нынешний генетический потенциал этих пород — результат десятилетий интенсивных и непрерывных программ генетической оценки. Например, созданные с помощью селекции голштино-фризские породы крупного рогатого скота сейчас доминируют в молочной промышленности во всем мире благодаря своей продуктивности. Крупный рогатый скот брэнгус (скрещивание пород брахман и ангус) — еще один пример успешной программы разведения.
Заводчики вложили значительные средства в программы исследований и разработок таких пород — это и расходы на регистрацию, генетическую оценку и тестирование, лабораторные работы, разведение, анализ рынка и т.д. Первоначальные затраты на таких животных, как правило, выше, но со временем они приносят большую экономическую отдачу. Генетически улучшенные животные выгодны как заводчикам, так и фермерам.
Хотя основная цель селекции растений и животных связана с обеспечением потребностей общества, она также открывает пространство для экспериментов. Скрещивание разных пород наблюдается не только в лабораторных условиях, но и в дикой природе. К примеру, в Арктике начали появляться пизли — гибриды белого медведя и гризли. Главная причина возникновения таких животных — изменение климата. Голодающие белые медведи в поисках пищи стали чаще отправляться на юг, а гризли дальше — на север. Это перемещение приводит к большему взаимодействию между двумя видами.
Среди необычных видов гибридов выделяют лигров (гибриды льва и тигра) и пумапардов (гибриды пумы и леопарда), которые скрещены в неволе под присмотром человека. Эксперты по охране природы осуждают преднамеренное объединение двух разных видов как неэтичное и говорят, что такие гибриды не помогут усилиям по сохранению дикой природы.
Взгляд в будущее
В будущем программы по разведению животных сосредоточатся на нескольких ключевых областях.
Во-первых, при фенотипировании и сборе данных будут использоваться новые инструменты для определения характеристик устойчивости к болезням и жизнестойкости. Во-вторых, разработают интегрированные системы учета новых пород, которые объединят селекционеров, производителей и обрабатывающие предприятия. В-третьих, в селекционных программах приоритет будет отдаваться отбору по нескольким признакам с учетом не только производственных характеристик, но и здоровья, благополучия и устойчивости. В-четвертых, сотрудничество между странами и разными областями выйдет на новый уровень для решения глобальных проблем, а также для максимального увеличения генетического потенциала.
Разнообразие жизненно важно для здоровья и жизнестойкости любой популяции животных. Оно влияет на несколько аспектов:
- обеспечивает лучшую устойчивость к болезням, снижая воздействие эпидемий на племенные популяции;
- позволяет популяциям адаптироваться к новым воздействиям окружающей среды, обеспечивая долгосрочное выживание;
- предоставляет больше возможностей для отбора и усиления определенных признаков.
В качестве примера можно вспомнить Великий голод, который произошел в Ирландии 1845-1849 гг. Тогда отсутствие генетического разнообразия в посевах картофеля привело к повсеместному неурожаю. Это историческое событие подчеркивает важность поддержания разнообразия для предотвращения подобных сценариев в животноводстве.