Как котките таби получават своите ивици и М на челото?

Наука Природа • •

От близо 60 милиона домашни котки само в Съединените щати, едни от най-разпространените са табитата. Таби (tabby) e модел на козина, при който има ивици, райета, точки и онова характерно М на челото на животното.

От близо 60 милиона домашни котки само в САЩ, класическото райе е особено популярно.

От близо 60 милиона домашни котки само в САЩ, класическото райе е особено популярно.

© Фотография: Ал Петтеуей

Макар че табитата са толкова популярни, досега учените знаеха малко за това как тези котки получават своя отличителен вид.

В проучване, публикувано тази седмица в Nature Communications, учените съобщават, че гените, които създават модела на таби, се активират в клетките на кожата на ембриона, още преди да се развие козината на котката. Ранните кожни клетки дори имитират ивици под микроскоп - откритие, което никога не е наблюдавано в ембрионални клетки.

Този уникален генетичен процес може би е същият, който създава ивиците и петната при дивите котки.

Думата tabby произлиза от al-‘Attābiyya - квартал в Багдад, където през XVI век се произвежда фина, раирана копринена тафта. Но самите ивици вероятно произхождат от прекия предшественик на домашната котка - раираната близкоизточна дива котка.

„Биологията използва един и същи набор инструменти отново и отново, така че много рядко се открива нещо, което няма по-широко приложение. Вероятно това важи и в този случай”, казва ръководителят на изследването Грег Барш, изследовател в Института за биотехнология „Хъдсън Алфа“ в Хънтсвил, Алабама.

Генетиката зад цветовете и моделите на домашните котки отдавна интригува учените. Чарлз Дарвин например предполага, че повечето глухи котки имат бяла козина и сини очи. Докато се развиват, понякога видовете получават незначителни промени, като например цвета на козината, защото те са свързани с други, по-полезни адаптации, смята Дарвин.

И изглежда се оказва прав: това е наследствена генетична аномалия.

Генът, отговорен за таби

Като част от етично одобрен протокол за изследване, Барш и колегите му събират около хиляда ембриони от ветеринарните клиники, които иначе биха били изхвърлени (много от уличните котки, водени в клиниките за кастрация, са бременни).

Когато Кели Макгоуън, водещ учен от екипа, изследва под микроскоп кожните клетки на ембриони на възраст от 25 до 28 дни, забелязва, че по-дебелите участъци от кожата се редуват с по-тънки участъци, създавайки временен цветови модел, подобен на таби оцветяване при възрастна котка.

Тя е силно изненадана да открие такъв модел толкова рано в развитието на ембриона, много преди образуването на космени фоликули и пигмент, които по принцип са ключът към оцветяването при животните.

Екипът анализира отделните кожни клетки на ембриони и открива два различни типа, всеки от които изразява отделни набори от гени. Генът, който се отличава най-много, е Dickkopf WNT Signaling Pathway Inhibitor 4 или накратко - DKK4.

Ако всичко върви по план, клетките, съдържащи DKK4, се превръщат в тъмните маркировки, характерни за таби. Често обаче се появяват мутации и това води до други цветове и шарки на козината - бели петна, по-тънки ивици и др. Промени могат да възникнат и при пигментацията. Изцяло черно оцветяване например се получава, когато пигментните клетки произвеждат само тъмен пигмент.

Таби ивиците произхождат от прекия предшественик на домашната котка - близкоизточната дива котка.

Таби ивиците произхождат от прекия предшественик на домашната котка - близкоизточната дива котка.

© Фотограф: Тод Гипстейн

Математиката дава верните отговори

За да разбере как точно тези клетки създават модел на ивици по тялото на котка, екипът се обръща към Алън Тюринг - основателят на математическата биология. През 1952 г. Тюринг обяснява математически как моделите могат спонтанно да се появяват в природата.

Известна като процес на дифузия на реакции, теорията му предвижда, че системите могат да се самоорганизират по време на развитието в присъствието на молекули активатори и молекули инхибитори (които се движат от клетка в клетка или се разпръскват). Ако инхибитор се разпространява по-далеч или по-бързо от активатор, тогава математически системата ще се подреди сама. В случая на таби котки, инхибитор е генът DKK4, но активаторът е неизвестен.

Тюринг не знае какво е активатор или инхибитор, не знае дори дали съществуват. Но 70 години по-късно, откритието, че гените, създаващи модела таби, се активират в клетките на кожата на ембрион, е сред многото, доказващи, че Тюринг е бил прав.

Сега екипът на Барш разглежда производството на цветове при котките като двуетапен процес. Първо, клетките на кожата определят дали моделите на таби ще бъдат тъмни или светли. Второ, космените фоликули растат и правят пигменти.

Екипът се интересува дали тези процеси работят и при други животни - защо някои получават ивици, а други не. По този начин учените се надяват да научат как цветовите модели се развиват с течение на времето. “Възможно е да се натъкнем на открития, които нямат нищо общо с моделите на козината - като незначителните различия, които някога си е представял Дарвин”, казва Барш.