В поисках утраченных геномов: от неандертальца — к денисовцу. Неандертальцы денисовцы

Крипточеловечество | Журнал Популярная Механика

После того как удалось получить точные данные о геноме денисовцев, было сделано еще одно важное открытие. Оказалось, что гибридизации с Homo sapiens не удалось избежать и денисовцам. Обитая неподалеку от «врат народов», они встретились с некой ветвью предков современных людей, которая затем прошествовала в сторону Юго-Восточной Азии, а точнее — ее островной части. Меланезийцы, представители австралоидной расы (среди них наиболее известны у нас папуасы) содержат в своем геноме до 6% «денисовских» генов. Хотя совершенно необязательно, что гибридизация произошла именно на Алтае, — сейчас считается, что этот вид людей имел широкий ареал обитания в Евразии.

Таким образом, некоторые современные люди, обитающие, правда, в основном в одном уголке планеты, могут считать себя более близкой родней денисовцам, чем все остальные. Однако есть другая загадка, которую преподнесла находка в Денисовой пещере. Похоже, на ее основании можно предположить существование еще одного вида людей, от которых пока не найдено даже крохотной косточки.

Неандертальцы и денисовцы составляют две ветви, происходящие от общего предка, но, как уже сказано, Homo neanderthalensis генетически заметно ближе к сапиенсу, чем денисовец. Более того, в «денисовском» геноме есть примерно 1% генов, которых нет у неандертальцев и которые заметно древнее остальных: на это обратил внимание американский биолог Дэвид Рейч из Гарвардской школы медицины. Остается предположить, что гибридизация с сапиенсами была не единственной, которой подверглись «денисовские» люди. Теперь выдвигается предположение о том, что они на своем историческом пути могли скрещиваться и с другими видами рода Homo.

На полу Денисовой пещеры выросло 20 культурных слоев. Находка в этом массиве мелких костных останков денисовцев — большая удача.

Исследователи обратили внимание на то, что найденный в Денисовой пещере зуб, который, как и фрагмент фаланги, стал предметом генетического анализа, имеет необычно большой размер, что типично для более ранних гоминид. Это может означать, что партнерами по скрещиванию выступали представители какого-то вида людей, которые вышли из Африки еще раньше и сапиенсов, и денисовцев, и неандертальцев. Возможно, об этом виде до сих пор ничего не известно, а можно предположить, что это были, например, представители гейдельбергского человека. Что мешает это проверить? Отсутствие секвенированного генома последнего.

Придется снова напомнить, что выделение качественной генной информации ископаемых останков денисовцев было уникальным случаем и большой научной удачей. Это же касается и генов неандертальцев. Дело в том, что и те и другие обитали в сравнительно холодных и влажных областях мира, и климат обеспечил сохранность сложных молекул внутри костных останков. В жарком климате, где солнце выжигало кости добела, ДНК практически полностью разрушалась.

Открытия еще впереди

К сожалению, в силу скудности найденного пока ископаемого материала очень трудно сказать, насколько денисовцы отличались от современных людей внешним обликом и поведением, или обладали ли они, например, речью. Различия в геноме сапиенса и денисовца могут указывать на то, что определенные мутации, отвечающие в нашем геноме за важные функции, связанные с развитием нервной системы и работой мозга, у денисовцев, как у представителей иной ветви человечества, не отмечены. Это может означать, что человеческим разумом в полном смысле эти вымершие люди не обладали, что, разумеется, не помешало им оставлять совместное с сапиенсами потомство.

Казалось бы, в этот же ряд «криптолюдей» вписывается и Homo florensiensis — останки представителей этого вида были обнаружены в 2003 году в пещере Лианг-Буа на острове Флорес. Этих существ, которых сразу же окрестили «хоббитами», отличал маленький рост (1 м) и крайне небольшой объем мозга — 400 см3. Это меньше, чем у шимпанзе, и сопоставимо с объемом мозга афарского австралопитека, который не принадлежал к роду Homo. Таким образом, флоресские карлики, очевидно, находились на более низкой стадии развития, чем неандертальцы или денисовцы. Да, они производили примитивные каменные орудия, вероятно, занимались с их помощью охотой и строительством, но к созданию каменных орудий был способен и австралопитек. По одной из бытовавших гипотез, Homo florensiensis мог быть потомком питекантропа, достаточно развитого существа, который попал в условия островной изоляции (а современная и ископаемая фауна острова Флорес наполнена эволюционными курьезами) и там видоизменился, или, можно было бы сказать, деградировал. Последний термин, правда, вряд ли уместен, так как предполагает понимание эволюции как неизменного движения от низших форм к высшим, в то время как в реальности имеет значение лишь приспособление методом естественного отбора. Сейчас, однако, гипотезу об уменьшившемся и поглупевшем питекантропе разделяют далеко не все, подозревая в предках «хоббитов» каких-то менее развитых существ типа тех же австралопитеков.

Честь научного доказательства гибридизации между Homo sapiens с одной стороны и денисовцами, а также неандертальцами — с другой принадлежит группе ученых из Института эволюционной антропологии имени Макса Планка в Лейпциге (ФРГ) под руководством шведского генетика Сванте Пеэбо. На основании костных останков из Хорватии исследователям удалось в 2010 году прочитать геном неандертальца. В 2012 году аналогичная работа была проведена в отношении генома денисовцев. «Денисовский» геном отсеквенирован со средним покрытием 31 (99,4% нуклеотидов прочтено не менее 10 раз, 92,9% - не менее 20). Таким образом, качество прочтения генома соответствует отсеквенированным геномам современных людей, что и позволило заняться сравнением.

Однако есть еще один интересный пример, когда следы какого-то таинственного человекоподобного существа явно прослеживаются в геноме современного человека. Правда, речь опять же идет о специфической группе Homo sapiens.

Африка — настоящий кладезь генетического разнообразия. Если вспомнить, что неафриканское человечество восходит к нескольким десяткам тысяч африканцев, ушедших в Евразию, нетрудно предположить, что генетические различия между немцем и японцем могут оказаться значительно меньшими, чем между представителями разных африканских народов, где сапиенсы развивались 200?000 лет. Но пигмеи в западном Камеруне и народности хадза и сандаве в Танзании являют собой особый случай. Как можно заметить по географической карте, Танзанию и Камерун разделяет приличное расстояние, а вот представителей трех упомянутых народов объединяют общие участки ДНК, и это указывает, во‑первых, на общих предков, живших самое позднее 40 000 лет назад, и, во‑вторых, на то, что эти самые предки уже были обладателями вышеупомянутых участков. Группа биологов из Пенсильванского университета под руководством Сары Тишкофф опубликовала работу в журнале Cell, в ней утверждалось, что общие для трех народов участки ДНК являются следами гибридизации с доселе неизвестным и жившим в Африке еще 80−20 тыс. лет назад видом людей, который произошел от общего с неандертальцами предка примерно 1,2 млн лет назад.

www.popmech.ru

Денисовский человек — WiKi

В общей сложности известно пять фрагментов: найденная в 2008 году в пещере в слое № 11 кость последней фаланги пальца руки ребёнка (по результатам секвенирования оказалось, что это девочка), три обнаруженных ещё в советское время коренных зуба[3], принадлежавших молодой особи мужского пола (их размеры крайне велики по сравнению с другими Homo) и, возможно, фаланга пальца ноги, анализ генетического материала из которого продолжается в настоящее время[4].

Ближе к границе одиннадцатого слоя Денисовой пещеры были найдены миниатюрные иглы из костей птиц с просверленным ушком, бусины из скорлупы страусиного яйца, ожерелья из зубов животных, подвески из ракушек, украшения из поделочного камня. Женский браслет, обнаруженный в пещере, был сделан из довольно хрупкого камня хлоритолита, ближайшие выходы пород которого зафиксированы на Рудном Алтае на границе с Казахстаном за двести километров от пещеры. Для обработки камня применялись приёмы, совершенно нетипичные для ранней стадии верхнего палеолита: станковое сверление, внутренняя расточка, шлифование и полировка. Набор технических приёмов, применявшихся денисовцами более 45 тысяч лет назад, у людей современного вида типичен для гораздо более поздней эпохи — бронзового века[5][6][7].

Из-за скудости фрагментов восстановление облика денисовского человека пока не представляется возможным (ср. человек из Оленьей пещеры). Исследования генома показали, что денисовцы были темнокожие, темноглазые, темноволосые[8].

Команда учёных из лейпцигского Института эволюционной антропологии общества Макса Планка под руководством шведского биолога Сванте Паабо секвенировала ДНК, извлечённую из фрагмента кости фаланги детского пальца, найденного в 2008 году российскими археологами в Денисовой пещере на Алтае. Выяснилось, что митохондриальная ДНК этого образца Denisova 3 отличается от мтДНК современного человека по 385 нуклеотидам, в то время как митохондриальная ДНК неандертальцев отличается от ДНК Homo sapiens на 202 нуклеотида. Статья, посвящённая этому открытию, была опубликована в журнале «Nature» 24 марта 2010 года[9]. В геномах денисовцев и неандертальцев из Денисовой пещеры обнаружен вклад ещё одной неизвестной популяции, которую можно считать четвёртым подвидом Homo sapiens[10]. По мтДНК денисовцы противостоят как неандертальцам, так и сапиенсам[11].

Позднее, когда были обработаны последовательности, относящиеся к ядерному геному, оказалось, что денисовцы являются сестринской группой неандертальцев[12] и их эволюционное расхождение произошло около 640 тысяч лет назад. На основе анализа ДНК исследователи полагают, что остатки кости датируются периодом 75—82 тысячи лет назад[13]. Возраст находок, найденных в пещере в слое № 11, был определён при помощи радиоуглеродного анализа сначала в 40 тысяч лет, затем откалиброван до 48—50 тысяч лет.

В конце 2013 года было объявлено, что анализ ДНК гейдельбергского человека из испанской пещеры Сима де лос Уэсос (Сьерра-де-Атапуэрка), полученной из бедренной кости возрастом 400 тысяч лет, показал сходство с мтДНК денисовского человека. Хотя ранее останки из Сима де лос Уэсос было принято сближать с неандертальцами[14], в 2015 году при изучении ядерной ДНК трёх образцов из пещеры Сима де лос Уэсос (Атапуэрка) выяснилось, что они находились на линии, ведущей к неандертальцам. Термолюминесцентное датирование слоя № 22 показало, что денисовцы жили в Денисовой пещере 170 тыс. лет назад[15]. Сравнение ядерной ДНК трёх зубов из слоя № 11 (Denisova 3, Denisova 4) и одного зуба из слоя № 22 (Denisova 8) показало, что в Денисовой пещере жили две разные группы денисовцев и их разделяет как минимум 65 тысяч лет[16][17]. Возраст образца Denisova 8 (ок. 110 тысяч лет) уточнён в ходе генетического анализа, исходя из скорости мутаций человеческой митохондриальной ДНК, принимаемой в 2,5 × 10-8 на нуклеотид в год[18][19]. У образца Denisova 2 из слоя 22.1 главной галереи пещеры возрастом более 100 тысяч лет секвенирована только митохондриальная ДНК. Denisova 2 старше Denisova 8 на 20,6—37,7 тыс. лет (по данным генетиков) и на 54,2—99,4 тыс. лет старше, чем Denisova 3 и Denisova 4[20][21]. Из осадочных отложений в Восточной галерее Денисовой пещеры генетики смогли выделить неандертальскую и денисовскую мтДНК, при этом следы ДНК неандертальцев и денисовцев нашли в слоях № 14 и № 15, что указывает на совместное существование этих двух видов в течение долгого времени[22].

Эволюционное расхождение денисовцев и гейдельбергского человека из испанской пещеры Сима де лос Уэсос (Сьерра-де-Атапуэрка) по данным изучения мтДНК произошло, по оценкам учёных, 700 тысяч лет назад[23]. По данным изучения ядерной ДНК обитателей пещеры Сима де лос Уэсос, денисовцы и неандертальцы разделились около 500 тысяч лет назад, а их общий предок отделился от Homo sapiens 700—765 тысяч лет назад[24].

Генетики, проанализировавшие общие мутации для народов Африки с одной стороны и для неандертальцев и денисовцев с другой, пришли к выводу, что популяция предков неандертальцев и денисовцев, покинувших Африку, была крайне небольшой. Всего через 300 поколений после исхода из Африки примерно 744 тысячи лет назад линии неандертальцев и денисовцев разделились и после этого они крайне редко контактировали друг с другом — число мутаций, характерных только для неандертальцев и денисовцев, было очень небольшим и не превышало 20 % от их общего числа[25][26].

В июле 2014 года в журнале Nature были опубликованы результаты исследования генетического материала у ряда популяций современного человека на предмет особой вариации белка EPAS1 (кодирующего транскрипционный фактор, участвующий в кислородозависимой регуляции некоторых генов[27]), которая присуща денисовскому человеку. Указанная в статье вариация белка EPAS1 (см. полногеномный поиск ассоциаций) характерна для тибетцев, а у представителей 26 других популяций людей не была обнаружена. Вероятно, тибетцы и смогли приспособиться к жизни на большой высоте[28] благодаря генам, доставшимся им от денисовского человека[29][30].

Анализ ДНК 5639 человек из разных популяций Евразии и Океании позволил выявить бимодальное распределение денисовских включений в геномах популяций Восточной Азии (японской и трёх китайских), которое не удалось выявить в геномах папуасов и южноазиатских популяций. Это означает, что восточноазиатские популяции смешивались с двумя популяциями денисовцев, одна из которых родственна алтайским денисовцам. Южноазиаты и папуасы смешивались только с более отдалённой от алтайских денисовцев популяцией[31][32][33].

Денисовские люди стали вторым после неандертальцев видом вымерших гоминин, для которого теперь известен полный митохондриальный и почти полный ядерный геномы. Впервые новый вид людей был выделен исключительно на основании генетических исследований.

Найдены следы гибридизации денисовского человека с Homo sapiens (современным человеком). В геноме меланезийцев[34] обнаружено около 5 % общих генов с прочитанным ядерным геномом денисовского человека. В то же время общих генов у современного человека и неандертальца от 1 % до 4 % в различных популяциях (за исключением коренных жителей Африки, у которых неандертальские гены отсутствуют)[35].

Неандертальское «наследство» наиболее выражено в генах жителей Европы и Пакистана, денисовское — у обитателей южно-тихоокеанского региона, что косвенно указывает на территориальное распределение (ареал) этих видов в силу предполагаемого недавнего родства сапиенских предков этой популяции и сибироамериканской, у которой денисовских нуклеотидов нет[36]. Нельзя исключать, что уникальные языки папуасов Новой Гвинеи также связаны с наследством денисовцев[37].

Появление денисовцев в Азии предположительно вызвано миграциями из Африки, отличными от переселений Homo erectus, неандертальцев и современных людей[38]. «Денисовцы выселились из Африки раньше человека, от Индонезии дошли до Янцзы и возможно поднялись по течению вверх», — говорит академик В. В. Иванов[37].

В 2013 году антропологи объявили о том, что в древности денисовцы самостоятельно пересекли линию Уоллеса — водораздел между азиатской и австралийской фауной. К такому выводу они пришли, проанализировав данные по наличию в геноме населения юго-восточной Азии следов генома денисовского человека[39].

Согласно ДНК-исследованию 2013 года, денисовцы наряду с неандертальцами передали часть генома современным людям; также установлено, что неандертальцы скрещивались с кроманьонцами и денисовцами, кроманьонцы — с денисовцами, кроме того, денисовцы скрещивались с каким-то четвёртым, ранее неизвестным видом людей[40].

ru-wiki.org

Неандертальцы, денисовцы и кто-то третий

Неизвестный вид человека оставил след в ДНК меланезийцев — к таким выводам пришли специалисты из университета Техаса.

United Nations Photo / Flickr.com

Правда, некоторые антропологи считают, что «нечто похожее на следы денисовцев» — это и есть «следы денисовцев». Ведь денисовцы известны только по нескольким находкам из одной-единственной пещеры на Алтае. Анализ даже этих находок показал, что денисовцы были генетически весьма разнообразны и, вероятно, широко расселились по Евразии. Поэтому нет ничего удивительного, что с предками меланезийцев могла скрещиваться какая-то южная популяция денисовцев, отличавшаяся от древних обитателей Алтая.

Надо сказать, сообщения о метисации наших предков с неизвестными гоминидами появляются не впервые. Так, в 2012 году другая команда учёных заявила, что в ДНК африканцев — охотников-собирателей из Танзании и Камеруна — содержатся следы «кого-то неизвестного».  

Новость комментирует научный редактор АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ Станислав Дробышевский:

Генетики не устают радовать открытиями. Не успели все свыкнуться с фактом, что у нас есть около 2% неандертальских генов, а у австралийцев и меланезийцев почти 5% денисовских, как новые хитрые расчёты показали, что у меланезийцев, на самом-то деле, 2,74%, «неандертальщины» и всего 1,1% «денисовщины». Что ж, это непреложный закон природы: если в одном месте прибыло, то где-то убыло. Но столь же неколебим и обратный закон: если где-то убыло, то где-то прибыло! Если уж «денисовщина» сократилась чуть не в пять раз, то становится скучно. И тут на помощь спешат новые методы моделирования!

Райан Болендер — лихой статистический генетик из Техаса (и, конечно, со-товарищи) — в очередной раз заново пересчитали нуклеотиды и получили, что кроме неандертальской и денисовской примеси меланезийцы могут иметь в своём геноме некую дополнительную составляющую. Третий вид!!!

Его ещё никто не нашёл, а генетики высчитали! Ура! НО! Как всегда, есть несколько НО.

Во-первых, антропология знает целую кучу ископаемых гоминид. В Южной и Юго-Восточной Азии есть масса специфических находок, которые не очень-то похожи ни на неандертальцев, ни на сапиенсов. Черепа из Нгандонга, Нармады, Дали, Чинньюшаня, Салхит и прочие запросто могут представлять ещё кучу видов. То, что генетики не могут выделить из них ДНК (или руки пока не дошли), не значит, что они вообще неизвестны науке.

Во-вторых, сами авторы исследования отмечают, что новая загадочная примесь, в общем-то, не слишком отличается от денисовской. Учитывая, что денисовцы известны по образцам с Алтая, а смешиваться с сапиенсами они должны были где-то на юге Азии или вообще на востоке Индонезии, как бы и логично, что далёкие популяции отличались друг от друга. Отличаются же нынешние алтайцы от танимбарцев.

В-третьих, характерно, что генетики и журналисты называют нового гипотетического предка «третьим видом». Имеется в виду, что первый — неандертальцы, второй — денисовцы, третий — этот неизвестный. Ничего странного не замечаете? А где же сапиенсы? Или они уже не считаются за что-то значимое? Или число примесей скоро будет таковым, что генетики станут высчитывать проценты сапиенса у меланезийцев?

Справедливости ради стоит отметить, что авторы эпохального открытия сами прекрасно понимают все эти и прочие сложности, а потому крайне осторожны в высказываниях. И поэтому они опубликовали свой труд не в самых крутых журналах, а в коротеньком абстракте съезда американского общества генетики человека, прошедшего в Канаде.

В-четвёртых, самые горячие головы уже успели ляпнуть, что «третий вид» — это хоббиты Флореса. Бедные меланезийцы...

Охота на хоббитов, эльфов, фавнов и орков продолжается? Ждём 33 вида?

Оригинал новости на Антропогенез.ру

nplus1.ru

Денисовский человек | Вымершие животные вики

Денисовский человек

Царство

Животные

Класс

Млекопитающие

Отряд

Приматы

Семейство

Гоминиды

Вид

Денисовский человек

Время

41 тыс.л.н.

Рацион питания

Всеядный

Среда обитания

Пещеры, леса, редколесья, степи

Дени́совский человек — предположительно вид или подвид вымерших людей, известный по крайне фрагментарному материалу, обнаруженному в Денисовой пещере на Алтае.

Ещё 41 тысячу лет назад денисовцы населяли ареал, пересекающийся по времени и месту с территориями Азии, где жили неандертальцы и современные люди.

Ископаемые останки



В общей сложности известно пять фрагментов: кость последней фаланги пальца руки ребёнка (по результатам секвенирования оказалось, что это девочка), три обнаруженных ещё в советское время коренных зуба, принадлежавших молодой особи мужского пола (их размеры крайне велики по сравнению с другими Homo) и, возможно, фаланга пальца ноги, анализ генетического материала из которого продолжается в настоящее время.

Из-за скудости фрагментов восстановление облика денисовского человека пока не представляется возможным. Академик В. В. Иванов не исключает, что память о существовании денисовцев сохранилась в тибетских поверьях о йетти, или снежном человеке.

Геном

Денисовские люди стали вторым после неандертальцев видом вымерших гоминин, для которого стал известен полный митохондриальный и почти полный ядерный геномы. Впервые новый вид приматов был выделен исключительно на основании генетических исследований.

Команда учёных из лейпцигского Института эволюционной антропологии общества Макса Планка под руководством шведского биолога Сванте Пеэбо секвенировала ДНК, извлечённую из фрагмента кости фаланги детского пальца, найденного в 2008 году российскими археологами в Денисовой пещере на Алтае. Выяснилось, что митохондриальная ДНК этого образца отличается от мтДНК современного человека по 385 нуклеотидам, в то время как митохондриальная ДНК неандертальцев отличается от ДНК Homo sapiens на 202 нуклеотида. Статья, посвящённая этому открытию, была опубликована в журнале «Nature» 24 марта 2010 года.



Майк Кизи "Сибирский денисовец"

Позднее, когда были обработаны последовательности, относящиеся к ядерному геному, оказалось, что денисовский человек всё же ближе к неандертальцу и их эволюционное расхождение произошло около 640 тыс. лет назад. На основе анализа ДНК исследователи полагают, что остатки кости датируются периодом 75—82 тысячи лет назад. Возраст находок, найденных в пещере в тех же самых слоях был определён при помощи радиоуглеродного анализа в 40 тысяч лет.

В конце 2013 года было объявлено, что анализ ДНК гейдельбергского человека из испанской пещеры Сима де лос Уэсос, полученной из бедренной кости возрастом 400 тысяч лет, показал сходство с мтДНК денисовского человека (хотя останки из Сима де лос Уэсос традиционно было принято сближать с неандертальцами). Эволюционное расхождение денисовцев и людей из испанской пещеры, по оценкам учёных, произошло 700 тысяч лет назад.

Ареал и гибридизация



Денисова пещера

Найдены следы гибридизации денисовского человека с Homo sapiens (современным человеком). В геноме меланезийцев обнаружено около 5% общих генов с прочитанным ядерным геномом денисовского человека. В то же время общих генов у современного человека и неандертальца от 1% до 4% в различных популяциях (за исключением коренных жителей Африки, у которых неандертальские гены отсутствуют).

Неандертальское «наследство» наиболее выражено в генах жителей Европы и Пакистана, денисовское — у обитателей южно-тихоокеанского региона, что косвенно указывает на территориальное распределение (ареал) этих видов. Нельзя исключать, что уникальные языки папуасов Новой Гвинеи также связаны с наследством денисовцев.

Появление денисовцев в Азии предположительно вызвано миграциями из Африки, отличными от переселений Homo erectus, неандертальцев и современных людей. «Денисовцы выселились из Африки раньше человека, от Индонезии дошли до Янцзы и возможно поднялись по течению вверх», — говорит академик В. В. Иванов.

В 2013 году антропологи объявили о том, что в древности денисовцы самостоятельно пересекли линию Уоллеса — водораздел между азиатской и австралийской фауной. К такому выводу они пришли, проанализировав данные по наличию в геноме населения юго-восточной Азии следов генома денисовского человека.

Согласно ДНК-исследованию 2013 года, денисовцы наряду с неандертальцами передали часть генома современным людям; также установлено, что неандертальцы скрещивались с кроманьонцами и денисовцами, кроманьонцы — с денисовцами, кроме того, денисовцы скрещивались с каким-то четвертым, ранее неизвестным видом людей

В культуре

В 2012 году вышел документальный фильм «Секс в каменном веке», в котором рассказывается о том, как был открыт денисовский человек и об его генетических, а значит и сексуальных связях с неандертальцами и кроманьонцами.

ru.extinct-animals.wikia.com

Смешение неандертальцев, денисовцев и сапиенсов: спор разгорается с новой силой

Batyr KZ (письмо в Редакцию): Сванте Паабо (швед. Svante Pääbo) посредством секвенирования палео-ДНК показал,что анатомически современный человек (eurasian) вне Африки смешивался с неандертальцами и (melanesian) c людьми древнего Алтая - денисован,  из пещеры Аю таш. Возможно, что контакты были на территории древнего Ближнего Востока в первый исход из Африки (порядка 130 тыс.лет назад), так же вероятно, что древние меланезийцы смешивались с денисован в ЮВА после второго исхода.

Новый взгляд на этот непростой вопрос - авторы статьи считают,что это полиморфизм общего предка,а не смешивание видов: Lowery RK, Uribe G, Jimenez EB, Weiss MA, Herrera KJ, Regueiro M, Herrera RJ. Neanderthal and Denisova genetic affinities with contemporary humans: Introgression versus common ancestral polymorphisms. Gene. 2013 Jul 19. [ссылка] Что ответит Сванте Паабо как палеогенетик? Какое мнение у экспертов портала АНТОПОГЕНЕЗ.РУ?

Спасибо за приятный вопрос!

Сначала краткий ликбез, чтобы было понятно, о чем идёт речь. Когда пишут о вкладе неандертальцев или денисовцев в гены современного человека, подразумеваются не целые гены или сколь нибудь протяженные фрагменты генома, а SNP (читается как "снип", Single Nucleotide Polymorphism = однонуклеотидный полиморфизм). То есть речь идёт о заменах отдельных  нуклеотидов - как это и указано в процитированной читателем статье.

Во многих пересказах истории с денисовцами (в том числе и в русской Википедии) встречаются выражения "5 % общих генов" (или 1%, или 4% для неандертальцев), что создает представление, будто мы получили от этих древних родственников какие-то куски генома.

Если бы действительно были распознаны более или менее протяженные фрагменты ДНК, попавшие к нашим предкам от их древних собратьев, такие фрагменты можно было бы однозначно распознать как приток генов.

Но когда речь идет о "точечных заменах" отдельных нуклеотидов, разбросанных там и сям по геному, однозначно определить их происхождение пока не удается.

Когда при сравнении двух родственных видов в одной и той же позиции генома этих видов стоят разные нуклеотиды, то один из нуклеотидов  предковый, другой - эволюционно молодой, заменивший предковый в результате мутации. Чтобы узнать, какой из вариантов предковый,а какой "молодой",  используют геном еще одного родственного вида (его называют "внегрупповой вид", по-английски outgroup), отделившегося от общего ствола до расхождения тех двух видов, которые изучают. 

При сравнении генов человека с геномами неандертальца или денисовца в качестве "внегруппового" (outgroup) вида использовали шимпанзе (в ряде случаев гориллу, орангутана, других приматов).

Логика исследования такова: если у человека и денисовца (или неандертальца) в какой-то позиции генома стоят разные нуклеотиды, то тот, который совпадает с шимпанзе, и есть предковый. А тот, который не совпадает - эволюционно молодой, возник уже после отделения линии, несущей этот молодой аллель.

Эволюционно молодые аллели денисовца были обнаружены у жителей Меланезии (те самые 5% однонуклеотидных полиморфизмов, которые журналисты называют "5% генов"), но не других регионов мира. Эволюционно молодые аллели неандертальца - в различных популяциях современных людей, но не у африканцев.

Эволюционно молодые аллели могли попасть к людям:

1) Если предки меланезийцев смешивались с денисовцами и получили от них   эволюционно молодые аллели, которых  не было у остального человечества.

2) Если в общей предковой популяции людей и денисовцев были и предковые и эволюционно молодые аллели, которые затем неравномерно распределились по группам, впоследствии прекратившим скрещивание (нашим предкам и денисовцам). При  расселении в части групп были утрачены молодые аллели, а в других группах они сохранились с невысокой частотой (5% общих с денисовцами  "молодых" аллелей у меланезийцев или 1%-4% общих с неандертальцами в неафриканских популяциях).

Это как раз тот вариант, который автор вопроса справедливо называет "полиморфизм общего предка".

В генетике это явление имеет и другое название -  "неполное расхождение генетических линий". АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ  уже писал об этом явлении в связи с обсуждением генома бонобо (см. "Примечание 4"  в статье "Расшифрован геном бонобо").

3) Если случайно одни и те же эволюционно молодые аллели возникли одновременно в нескрещивающихся группах людей. 5% для такой случайности - слишком много, но отдельные совпадения вполне возможны.

В своих статьях о геномах неандертальца и денисовца Сванте Пэбо придерживается первой версии (генетический вклад в результате смешения), хотя упоминает и о других возможных интерпретациях.

Цитируемая в вопросе статья Lowery с соавторами [ссылка] приводит доводы в пользу второй версии, то есть полиморфизма предковой популяции. Скрещивание предков современных  людей с неандертальцами или денисовцами  в рамках этой версии не требуется. 

Антропогенез рассказывал о более ранней статье, приводившей доводы в пользу версии без смешения  с неандертальцами:  Anders Eriksson and Andrea Manica. Effect of ancient population structure on the degree of polymorphism shared between modern human populations and ancient hominins. PNAS August 14, 2012 [ссылка]

Lowery et al.  сравнили предковые и "молодые" аллели SNP в геномах представителей различных современных популяций людей, неандертальца, денисовца, используя шимпанзе в качестве outgroup. Авторы пришли к выводу, что присутствие эвоюционно молодых SNP-аллелей одновременно в  геномах древних людей (неандертальца и денисовца) и в отдельных популяциях современных людей - скорее всего, результат сохранения в этих популяциях  молодых аллелей, существовавших уже у общего предка.

Чтобы согласиться (или не согласиться) с выводом Сванте Пэбо, надо было провести тот самый анализ, который сделан у Lowery et al. 2013. 

Чтобы сделать такой анализ, надо обладать квалификацией, которую имеет считанное число научных групп в  мире, и потратить кучу времени на довольно занудную работу. Это та работа, которую ждало научное сообщество.

Что касается моей "экспертной оценки" - я за Lowery, за вариант с неполным расхождением между потомками тех "молодых" аллелей, которые болтались в предковой популяции. Моя оценка основана на моём опыте сравнения нуклеотидных последовательностей геномов человека и других высших приматов. При этом встречаются ситуации, когда "молодой" аллель есть у человека и гориллы (или даже у человека и орангутана), но отсутствует у шимпанзе.

Из этого не надо делать вывод, что люди скрещивались с гориллами.

Это именно - "неполное расхождение генетических линий", несоответствие генных (или "сниповых") генеалогий генеалогии видов. И я очень рада появлению статьи Lowery с соавторами, и понимаю, что эта статья дискуссии не закрывает, и будут еще работы на эту же тему, в которых будут использоваться другие модели и более изощренные методы оценки. В частности, необходимо использовать в качестве outgroup не только шимпанзе, но и гориллу, и орангутана, и, возможно, еще и низших приматов. Использование только шимпанзе для нескольких процентов случаев дает неправильную оценку того, какой аллель является молодым. По той же причине "неполного расхождения" в геноме шимпанзе могут оказаться молодые аллели, совпадающие с человеком или денисовцем, и без анализа более полной филогении они будут интерпретированы как предковые исключительно по причине своей "шимпанзиности".

Что ответит Сванте Пэбо как палеогенетик, угадать заранее вряд ли возможно.

Наиболее вероятно, что никакого специального ответа не будет, просто в своих статьях Пэбо будет упоминать одну возможность со ссылкой на свои работы, а вторую возможность со ссылкой на работы Lowery и других авторов, которые будут писать на эту тему.

Пэбо действительно один из ведущих палеогенетиков в мире. Тем не менее в его работах встречаются ошибки и экспериментальные (в его первой статье по древней ДНК источником оказалась вовсе не египетская мумия, как заявлялось в статье, а современное загрязнение человеческой ДНК), так и ошибки интерпретации (при "сборке" митохондриального генома мамонта его группой были сделаны ошибки, добавившие лишние "мутации" и исказившие филогенетическе датировки). Никаких меморандумов по этому поводу никто не выпускает. Просто учитывают в последующих работах.

Тем более, что при публикации генома денисовца и неандертальца Пэбо и не утверждал, что его  версия - единственно верная. В его статье после изложения версии о смешении древних людей с предками современных людей идет вполне корректная фраза о том, что возможны и другие сценарии. 

Соответствие филогении генов и филогении видов рассмотрено в одном из разделов отличной статьиАбрамсон Н.И.  Филогения: итоги, проблемы, перспективы. Вестник ВОГиС, 2007, Том 11, № 2 307 [ссылка]

Вопросы Экспертам можно задать на форуме paleo.ru, в Соц. сетях (см. ниже) или прислать в Редакцию

antropogenez.ru

Денисовские люди

Cеквенирование генома человека из Денисовой пещеры в опубликованном журналом Science топ-листе научных прорывов 2012 года занимает второе место – после открытия бозона Хиггса.

Cеквенирование генома человека из Денисовой пещеры в опубликованном журналом Science топ-листе научных прорывов 2012 года занимает второе место – после открытия бозона Хиггса.

Это неудивительно – открыта целая группа ранее неизвестных предков современного человека. Невероятно, но всего три фрагмента антропологических останков – кусочек фаланги мизинца девочки и два мужских зуба перевернули представления об истории человеческого рода.

Фрагмент фаланги мизинца 9-ти летней девочки и зуб мужчины-охотника из Денисовой пещеры

Денисова пещера в долине реки Ануй на Алтае была домом для человека на протяжении более 200 тысяч лет. Наши предки обитали там всю эпоху палеолита, которая закончилась 12 000 лет назад. Жили там и в неолит, и в эпоху бронзы, и даже в исторический период времени в ней оставили свои следы кочевники из племен, населявших Алтай.



Культурные слои прошедших эпох сменяют в пещере друг друга, давая уникальный материал для исследований. Так называемый «одиннадцатый» слой оказался для археологов самым счастливым, в нем были сделаны все находки,  прославившие Денисову пещеру. Собственно, они и дали имя ее обитателям. Культурный слой датируется возрастом в 50 000 лет – это ранняя стадия верхнего палеолита. В этот период  наши предки изготавливали примитивные каменные орудия и лишь начинали подбираться к искусству обработки камня.



В одиннадцатом слое были сделаны две удивительные находки – самые древние из найденных до сих пор женские украшения! В археологическом музее Новосибирского Академгородка можно увидеть фрагмент массивного браслета, изготовленного из хлодитолита – камня достаточно редкого, при разном освещении меняющего свою окраску. Браслет носит следы полировки и имеет небольшое отверстие – вероятно, в него продевали ремешок с подвеской. Вторую деталь – эту самую подвеску, нашли лишь через год – белое кольцо из мягкого мрамора. Обе эти вещицы изящны и для современного глаза, а для обитателей пещеры – это просто ювелирное качество, абсолютный палеолитический хай-тек.

Фрагмент браслета и кольцо-подвеска к нему, найденные в Денисовой пещере

 Исследователи максимально подробно проанализировали процесс его изготовления. Материал кольца – местный, мраморная галька, скорее всего, подобранная в русле реки недалеко от входа в пещеру. Эта галька сперва шлифовалась о камень, и из круглого голыша была превращена в плитку. Потом в середине было проделано отверстие приемом «станкового сверления». В маленькое отверстие вставлялся затем инструмент типа рашпиля и происходила внутренняя расточка кольца. После кольцо шлифовалось, полировалось – и получилось очень изящное украшение. Эти приемы – станковое сверление и расточка не характерны для эпохи раннего палеолита – они были широко освоены человеком лишь спустя много лет – в неолите, и пожалуй – это самые первые продвинутые изделия человека, найденные на сегодня археологами. Одиннадцатый слой подарил исследователям еще и костяные орудия, миниатюрные каменные иглы с просверленным ушком и даже экзотические бусины из скорлупы страусиного яйца, доставленные издалека. Это говорит о том, что у денисовцев существовал экспорт сырья. 



Кто же они – эти древние умельцы, опередившие свое время? Можем ли мы что-нибудь сказать об их внешнем облике, обычаях, взаимоотношениях с другими племенами? Пока что очень мало. В ДНК из косточки фаланги мизинца 9-ти летней владелицы изящного браслета есть гены, говорящие, что она была кареглазой, смуглой и имела темно-каштановые волосы. Но рисовать себе облик красавицы рановато. Зубы ее сородичей-мужчин оказались гораздо примитивнее зубов всех известных ископаемых людей - как современного вида, так и неандертальцев. Это значит, что денисовцы, вероятнее всего, имели весьма архаичную внешность. Зато умели себя украшать.

Расшифровка ДНК показала и самое главное – ставшее сенсацией. До сих пор считалось, что около 50 000 лет назад Евразию населяли только два вида людей — homo sapiens и неандертальцы. ДНК обитателей Денисовой пещеры подтверждает: обнаружена  новая ранее неизвестная популяция древнего человека! Его назвали «денисовец» или «человек алтайский». Судя по всему, «денисовец» отошел от древа общего развития человеческого рода самым первым, примерно миллион лет назад. Общий же ствол эволюции развивался дальше, и около четырехсот тысяч лет назад разделился на две ветви - homo sapiens и неандертальцев. Первый привел к современному человечеству, второй, как известно, оказался тупиковым. Ядерная ДНК показала, что к «денисовцам» были все-таки ближе неандертальцы.

Реконструкция внешнего облика неандертальцев

Денисовцы соседствовали в этих горах с самой восточной из известных ныне популяцией неандертальцев – их поселения установлены на расстоянии 100-120 км от Денисовой пещеры – в других двух пещерах – Окладникова и Чагырской. Мирным ли было это соседство, никто не знает. Но ученые склоняются к тому, что не просто мирно уживались, но еще и вступали в браки, перемешивая гены, давая позитивное наследие для иммунной системы нас – их непрямых далеких потомков. У современного населения Евразии есть до четырех процентов генов неандертальцев. Генов «денисовцев» у жителей Евразии не прослеживается. Единственный ныне живущий народ, у которого сохранились от четырех до шести процентов генома «денисовцев», — меланезийцы. Вот и еще одна загадка! Возможно, предки меланезийцев находились в каком-то контакте с «денисовцами» на территории восточной Азии.

Возможно, облик девочки из Денисовой пещеры чем-то напоминал облик современных детей-меланезийцев из племен, населяющих Новую Гвинею

Алтайские находки послужили не только становлению новой модели генеалогического древа человечества, но и дали возможность ученым говорить о том, что формирование культуры верхнего палеолита происходило не только в  Африке – как считалось раньше, но и в нескольких других точках планеты – в том числе, на Алтае.

 

scientificrussia.ru

от неандертальца — к денисовцу

Сванте Паабо«Наука из первых рук» №5/6(65/66), 2015



В один прекрасный день мы сможем понять, что отличало новых людей от их архаичных современников, и почему среди всех приматов именно современные люди распространились по всем уголкам земного шара и трансформировали — как случайно, так и намеренно — окружающую среду в масштабе планеты. Я убежден в том, что частично ответы на этот вопрос — возможно, самый главный в истории человечества — спрятаны в древних геномах, которые мы секвенировали.

(S. Pääbo 2014)

Об авторе Сванте Паабо — профессор, директор департамента эволюционной генетики Института эволюционной антропологии общества Макса Планка (Лейпциг, Германия). Один из основателей палеогенетики. Награжден медалью Лейбница (1992), премией Кистлера (2009), Большой золотой медалью РАН им. М. В. Ломоносова (2014). Участник проекта ИАЭТ СО РАН «Мультидисциплинарные исследования в археологии и этнографии Северной и Центральной Азии», поддержанного Российским научным фондом.

Геном человека, заключенный в хромосомах наших клеток, состоит примерно из 3,2 млрд нуклеотидов. При формировании зародышевой клетки в ДНК происходят мутации, благодаря которым в геноме каждой новой особи появляются от 50 до 200 нуклеотидных замещений, а их накопление приводит к тому, что двойная последовательность ДНК в клетках разных человеческих индивидуумов сегодня отличается примерно на один нуклеотид из тысячи. Для сравнения: геномы человека и нашего ближайшего «родственника» — шимпанзе, различаются на один нуклеотид из каждой сотни.



Место каждого нуклеотида в геноме имеет свою историю, которую в принципе можно проследить в череде поколений. Ее можно представить в виде родословного древа, на котором указаны общие предки для индивидуумов, имеющих одинаковые нуклеотиды в определенном участке геномной последовательности. Однако в действительности проследить реальную историю одного нуклеотида невозможно, и такое дерево обычно показывает усредненную картину того, как связаны большинство нуклеотидных участков в сегменте или целом геноме.

Еще до недавнего времени мы могли определять нуклеотидную геномную последовательность лишь для современных людей, чью ДНК можно выделить в хорошем состоянии из свежих тканей, например, крови. Это было настоящим разочарованием для ученых-эволюционистов, так как позволяло исследовать прошлое лишь непрямым путем, разрабатывая модели накопления мутаций и на их основе оценивая, как могли бы выглядеть общие предки.

Поэтому в течение последних 30 лет исследователи, в том числе из нашей лаборатории, разрабатывают методы преодоления этой временной ловушки путем выделения и идентификации последовательностей ДНК из археологических и палеонтологических остатков. И хотя хорошо сохранившиеся ткани древних существ находят очень редко, а прямых предков существующих сегодня организмов практически не обнаружено, этот подход дает нам возможность определять последовательности ДНК исчезнувших популяций и вымерших видов.

От митохондриальной ДНК — к ядерной

Особый интерес, безусловно, представляют ближайшие родственники всех современных людей — неандертальцы. Эта примитивная форма гоминин, появившаяся в Европе и западной части Азии примерно 300–400 тыс. лет назад, около 30–40 тыс. лет назад исчезла.



Споры о родстве между неандертальцами и людьми современного типа, о характере их взаимоотношений длились десятилетиями. Согласно одному из предположений, современные люди просто вытеснили неандертальцев, а вклад последних в генетическое разнообразие живущих ныне людей равняется нулю. Другие исследователи считали, что неандертальцы были непосредственными предками европейцев, и их генетический вклад в геном современных народов Европы должен приближаться к 100%. Помимо этих крайних точек зрения существовало много других, на основании археологических и палеонтологических данных рассматривающих разную степень участия неандертальцев в формировании современных европейцев.

Случай проверить эти гипотезы впервые представился в середине 1990-х гг., когда нам выпала возможность провести анализ костей неандертальца, обнаруженных в долине р. Неандерталь (Германия) в 1856 г. К тому времени мы уже имели десятилетний опыт развития техники выделения и расшифровки небольших количеств ДНК из древних остатков пещерных медведей, мамонтов и других позднеплейстоценовых животных (Pääbo, 2014).

Мы работали с так называемой митохондриальной ДНК (мтДНК), наследственным материалом, содержащимся не в хромосомах, а в митохондриях — клеточных органеллах, отвечающих за выработку энергии. В каждой клетке содержатся сотни и даже тысячи копий мтДНК, что делает ее выделение более легким, чем ДНК ядерного генома. Кроме того, митохондриальная ДНК, в отличие от ядерной, наследуется от матери к ее потомству без каких-либо рекомбинаций и изменений. Следовательно, филогенетическое дерево, построенное на ее основе, отражает не «усредненную» историю, но прямое наследование по материнской линии.

Расшифровав наиболее изменчивую часть мтДНК, мы оценили полученные филогенетические деревья для воссоздания «истории» митохондриальной ДНК неандертальца и современных людей. Полученные результаты, с одной стороны, подтвердили уже известные факты, что мтДНК всех ныне живущих людей «сходится» к одному общему предку, жившему примерно 100–200 тыс. лет назад. С другой стороны, оказалось, что линия мтДНК неандертальца тянется от гораздо более удаленной точки в прошлом, и в этом смысле общий предок неандертальца и современного человека жил около полумиллиона лет назад (Krings et al., 1997). После этого в нашей и других исследовательских лабораториях были выделены и секвенированы последовательности мтДНК других неандертальцев, и ни один из этих образцов не попал в область вариаций мтДНК ныне живущих людей. Таким образом, в 1997 г. было выяснено, что ни один современный человек не несет мтДНК, полученную в «наследство» от неандертальца.

Однако мтДНК все же представляет собой лишь малую часть нашего генома, и полную картину нашей геномной истории можно получить только при исследовании ядерного генома. Возможности выделения полного генома из останков древних организмов появились только в начале нашего тысячелетия благодаря новым технологиям, позволяющим достаточно быстро и дешево выделять и расшифровывать нуклеотидные последовательности миллионов молекул ДНК. Что касается нашей лаборатории, то нам повезло получить от Общества научных исследований им. Макса Планка финансирование на пять лет работ по совершенствованию техники выделения ДНК из древних костных останков и создания генетических библиотек, применяемых при высокопроизводительном секвенировании ДНК.

Проанализировав множество костных человеческих останков из археологических памятников Европы, нам удалось обнаружить кости с относительно высоким содержанием ДНК неандертальцев. Из трех образцов от разных особей, обнаруженных в Хорватии, было выделено более 1 млрд коротких фрагментов последовательностей ДНК. Затем были разработаны компьютерные алгоритмы, позволяющие сравнивать и «подставлять» эти короткие фрагменты к геному современного человека с учетом искажений, появившихся в течение десятков тысяч лет в результате действия различных химических процессов. И хотя оказалось, что из всех полученных фрагментов лишь малая часть принадлежит самим неандертальцам, тем не менее в 2010 г. мы смогли идентифицировать среди последних примерно 3 млрд нуклеотидов, которым нашлось место и в геноме современного человека. Вся вместе эта ДНК покрывала более половины той части генома неандертальца, которую удалось воссоздать по полученным коротким фрагментам (Green et al., 2010).

Этих результатов оказалось достаточно, чтобы задаться вопросом, какие же генетические последствия могли иметь встречи людей современного вида и неандертальцев?

Наш предок неандерталец

Если неандертальцы не сделали никакого генетического вклада в генофонд современных людей, геном неандертальца должен быть одинаково далек от африканцев, европейцев и людей любых других современных человеческих популяций. Если же ныне живущие европейцы несут ДНК, унаследованную от неандертальцев, то европейский геном будет меньше отличатся от неандертальского, чем африканский, так как неандертальцы никогда не жили в Африке.



Для проверки этой гипотезы мы секвенировали геномы пяти современных человек и определили участки, в которых каждая пара геномов отличалась друг от друга. Затем было выяснено, как часто в соответствующих позициях неандертальский геном несет мутацию, характерную для пары геномов наших современников. Такой «парный» подход подсчета соответствий древних и современных геномов был связан с низким качеством расшифровки неандертальской ДНК, из-за чего мы не использовали мутации, которые не встречались в современном геноме.

Анализ показал, что ядерный геном неандертальца статистически значительно ближе к европейскому, чем к африканскому. Еще более удивительным оказался тот факт, что большее сходство с неандертальским показали и другие «неафриканские» геномы — из Китая и Новой Гвинеи. При том что неандертальцы, скорее всего, никогда не жили в Китае, не говоря уже о Новой Гвинее. Как же это могло случиться?

Предложенное нами объяснение, впоследствии подтвержденное работами нашей и других исследовательских групп, состояло в том, что смешение неандертальцев и людей современного физического типа произошло где-то на Среднем (Ближнем) Востоке. Эти люди и стали предками всех людей, живущих ныне за пределами Африки, и вместе с ними гены неандертальцев попали в те географические регионы, где последние никогда не бывали.

В результате сегодня любой человек, имеющий неафриканских предков, несет в своем геноме 1–2% генов неандертальского происхождения. Можно определить даже возраст этого компонента, так как благодаря обычной рекомбинации генов в каждом последующем поколении фрагменты ДНК неандертальского происхождения делились на более мелкие части (Sankararaman et al., 2012). Это подтверждено результатами исследования генома из ископаемых останков человека современного вида, жившего примерно 40 тыс. лет назад, в геноме которого обнаружили гораздо более крупные фрагменты неандертальской ДНК, чем в геноме ныне живущих людей (Fu et al., 2014).

На самом деле смешение неандертальцев и современных людей, очевидно, произошло в рамках не только одной популяции и не только на Среднем (Ближнем) Востоке. Однако в 2010 г. это было наиболее простым объяснением полученных данных; более глубокому пониманию во многом препятствовало уже упомянутое низкое качество неандертальской ДНК. Но все изменилось с началом нашего сотрудничества с российскими археологами из Института археологии и этнографии СО РАН (Новосибирск), положившим начало многим новым фундаментальным и оригинальным исследованиям эволюции человека.

Родом из Сибири



Одной из наиболее важных находок, сделанной во время раскопок на Денисовой пещере на Горном Алтае под руководством академика РАН А. П. Деревянко и д. и. н. М. В. Шунькова, была кость пальца ноги гоминина, найденная в 2010 г. В этом случае для выделения ДНК и создания генных библиотек была применена разработанная в нашей лаборатории новая суперчувствительная методика, благодаря которой из мелкой косточки удалось получить почти в 50 раз больше ДНК, чем из трех более крупных костей, с которыми мы работали при анализе первого неандертальского генома. Эта особь также оказалась неандертальцем, а его геном был секвенирован на порядок лучше, чем большинство расшифрованных геномов живущих ныне людей (Prüfer et al., 2014).



Имея такую высококачественную геномную информацию, можно уже выявить различия между двумя генными «наборами», которые особь получила от своих родителей, и таким образом оценить степень их родства и вообще оценить уровень генной изменчивости в популяции, к которой они принадлежали. И в этом смысле неандерталец из Денисовой пещеры показал неожиданный результат: оказалось, что геномы его отца и матери содержали длинные идентичные фрагменты, т. е. они были близкими родственниками, возможно, двоюродными братом и сестрой (полусибсами). Если в будущем удастся получить неандертальские геномы такого же высокого качества, можно будет проверить, насколько типичной была подобная ситуация для неандертальцев.

Этот неандертальский геном из Денисовой пещеры был также использован для оценки той части наследственности у ныне живущих людей, которая была унаследована от неандертальцев. Полученные результаты подтверждают, что все люди за пределами африканской Сахары несут 1–2% ДНК неандертальца. Эта часть в Восточной Азии несколько выше, чем в Европе, что предполагает вторичное скрещивание между неандертальцами и современными людьми в процессе колонизации Азии (Vernot, Akey, 2015).



Рассчитать, когда это произошло, несложно. Вспомним, что все мы получили от каждого родителя по половине своей ДНК, по четверти — от каждого дедушки и каждой бабушки, примерно по 12% — от каждого из прародителей и так далее. Расчеты показывают, что от каждого нашего предка шесть поколений назад мы получили по 1,5% своего генома. То есть именно то количество ДНК, которое мы унаследовали от неандертальца. Это может означать, что неандерталец был нашим предком всего шесть (!) поколений назад. Однако из-за рекомбинации («перетасовки») генов, которая происходит при формировании зародышевой клетки, неандертальская ДНК распределена в гораздо более мелких фрагментах по сравнению с фрагментами ДНК, полученными от наших прямых предков в шестом колене. Всего же, по очень приблизительной оценке, среди наших современников «рассредоточено» примерно 40% полного генома неандертальца.

Однако высококачественный геном неандертальца — это не единственный дар, который Денисова пещера принесла человечеству. В 2008 г. в восточной галерее пещеры была обнаружена небольшая часть фаланги мизинца ребенка. Мы рады, что нам выпала честь работать с этой находкой. Сначала нам удалось получить геном низкого качества (Reich et al., 2010), а позже, с усовершенствованием технологии, — геном высокого качества, где каждая позиция была перекрыта более 30 раз подстановками коротких фрагментов ДНК (Meyer et al., 2012).



Сравнение этого генома с другими известными геномами поразило: оказалось, что он не принадлежал ни человеку современного вида, ни неандертальцу. Да, эта человеческая особь имела общего предка с неандертальцем, но эта предковая популяция была в четыре раза старше, чем старейшая известная предковая популяция для живущих ныне людей! После обсуждения с академиком А. П. Деревянко и коллегами эту новую группу гоминин было решено назвать денисовцами. Денисовец стал первым гоминином, описанным на основании геномной последовательности, а не морфологических характеристик, как обычно. И хотя останки денисовцев вне Денисовой пещеры пока не найдены, мы можем узнать их историю, как и истории других групп, по их геномам.

Так, оказалось, что жители тихоокеанского бассейна (например, австралийские аборигены и жители Папуа) имеют в своем геноме около 5% денисовских генов, что дает основания считать, что у предков этих людей и денисовцев было общее потомство (Reich et al., 2011). Кроме того, примерно 0,2% своего генома унаследовали от денисовца и люди, сейчас населяющие материковую часть Азии (Skoglund, Jakobsson, 2011; Prüfer et al., 2014).

Сравнивая два высококачественных генома из Денисовой пещеры — неандертальца и денисовца, можно проследить случаи обмена генами между этими двумя группами, а также другие случаи притока генов, которые по-разному повлияли на представителей этих гоминин. Сейчас мы можем выделить по крайней мере два таких дополнительных случая притока генов к денисовцам: от восточных неандертальцев и от неизвестного гоминина, который отделился от общего генетического древа около миллиона лет назад (Prüfer et al., 2014). Исследования последних лет также показали, что ранние представители людей современного анатомического вида скрещивались с неандертальцами при своем появлении в Европе (Fu et al., in press).

Гены в наследство

На основе всех этих палеогенетических данных вырисовывается довольно сложная картина. Во-первых, в эволюционной истории человечества имели место неоднократные случаи обмена генами между представителями разных групп гоминин. Во-вторых, хотя подобный обмен зачастую был ограничен, в позднем плейстоцене генофонд большинства (а скорее всего, всех групп) гоминин представлял открытую систему, что позволяло генетическим вариациям передаваться от одной группы к другой. Имели ли эти генетические вариации функциональное значение? Насчет этого мы пока знаем немного, однако ниже я приведу несколько показательных примеров из исследований, проведенных различными научными группами за последние годы. Чтобы понять, какую функциональную роль играют в современном человеческом геноме неандертальские генетические варианты, нужно знать, какие гены несут эти вариации наиболее часто. Сам факт, что они так часто встречаются сегодня, свидетельствует в пользу их «полезности». К генам, у которых неандертальские варианты встречаются со статистически высокой частотой, относятся, к примеру, гены кератинов — структурных протеинов кожи и волос (Vernot, Akey, 2014; Sankararaman et al., 2014). Вполне возможно, что скоро мы узнаем о каких-то особенностях морфологии или функции кожи и волос у наших современников из Европы или Азии, которые были унаследованы ими от неандертальцев.



На сегодня известны неандертальские варианты и генов, отвечающих за те или иные аспекты метаболизма. Например, европейцы статистически несут больше неандертальских вариаций генов, участвующих в катаболизме, чем азиаты (Khrameeva et al., 2014). Пока неизвестно, как конкретно работают эти генетические варианты, но, я надеюсь, скоро мы это узнаем.

Еще один интересный факт: унаследованный от неандертальцев вариант гена, кодирующего белок, ответственный за транспортировку липидов сквозь клеточную мембрану, встречается в 35% случаев в Восточной Азии и у американских индейцев. Этот вариант, кстати, связан с повышенным риском развития диабета 2-го типа (SIGMA Consortium, 2014). Может показаться странным, что неандертальский вариант гена, повышающий риск заболевания, встречается с такой повышенной частотой в определенной популяции. Вероятно, эта вариация, вызывающая диабет у современных людей с обильным питанием, могла давать преимущество в ситуации хронической нехватки еды. Эта адаптация неандертальцев к голоду оказалась «востребована» и у людей современного вида.

Недавние исследования показали, что наряду с неандертальцами и денисовцы внесли свой функциональный вклад в генофонд современного человечества. Так, люди, живущие в высокогорном Тибете, генетически адаптированы к низкому содержанию кислорода в воздухе. Основной вариант соответствующего гена, отвечающего за количество красных кровяных телец, встречается у 80% населения Тибета и очень редко в других районах Азии. И этот ген, вероятно, является «наследством» от денисовца, благодаря которому жизнь на Тибете стала возможной (Huerta-Sánchez et al., 2014). Есть также указания, что и варианты генов, ответственных за работу иммунной системы, защищающей нас от инфекционных болезней, мы получили от денисовцев и неандертальцев (Abi-Rached et al., 2011).



Итак, согласно последним данным палеогенетики, денисовцы, неандертальцы и, возможно, другие архаичные группы, населявшие Евразию в течение сотен тысяч лет, неоднократно встречались и скрещивались с людьми современного типа. Это дало современным людям возможность получить от этих архаичных популяций варианты генов, хорошо приспособленных к местным природным условиям. Подобное явление, называемое у других видов организмов адаптивной интрогрессией (Hedrick, 2013), могло стать важным фактором, способствующим колонизации новых природных ниш людьми современного вида (Racimo et al., in press).

Тот факт, что гены передавались не только от денисовцев и неандертальцев к людям современного вида, но и между разными группами гоминин, говорит о том, что все они не были закрытыми генетическими системами. Это была «метапопуляция», т. е. сеть популяций, включающая неандертальцев, денисовцев, людей современного вида и другие группы, которые участвовали в нерегулярном, а иногда и в постоянном обмене генами (Pääbo, in press). В такой метапопуляции варианты генов могли перераспределяться либо непосредственно от одной группы к другой, либо опосредованною через группы, контактировавшие между собой.



Все эти результаты поддерживают мысль, высказанную академиком Деревянко еще в 2005 г.: «Дорогие коллеги, не обижайте неандертальцев, пожалуйста. Они были среди наших предков!» (Derevianko, 2005). Анализ геномов из Денисовой пещеры свидетельствует, что такое уважительное отношение к нашим возможным предкам не только является правильным, но и должно быть распространено на денисовцев, а возможно, и на других древнейших представителей подсемейства, в которое входит и современный человек.

Литература: 1. Abi-Rached L. et al. The Shaping of Modern Human Immune Systems by Multiregional Admixture with Archaic Humans // Science. 2011. Vol. 334, N 6052. P. 89–94.2. Green R. E. et al. A Draft Sequence Neanderthal Genome // Science. 2010. Vol. 328. P. 710–722.3. Derevianko A. P. The Middle to Upper Paleolithic Transition in Eurasia: Hypotheses and Facts. Novosibirsk: Izdat. IAET SB RAS, 2005. P. 5–19.4. Fu Q. et al. Genome sequence of a 45,000-year-old modern human from western Siberia // Nature. 2014. Vol. 514. P. 445–449.5. Hedrick P. W. Adaptive introgression in animals: examples and comparison to new mutation and standing variation as sources of adaptive variation // Molecular Ecol. 2013. Vol. 22. P. 4606–4618.6. Huerta-Sánchez E. et al. Altitude adaptation in Tibetans caused by introgression of Denisovan-like DNA // Nature. Vol. 512, N 7513. P. 194–197.7. Khrameeva E. et al. Neanderthal ancestry drives evolution of lipid catabolism in contemporary Europeans // Nature Communications. 2014. Vol. 5. Doc. 3584.8. Krings M. et al. Neandertal DNA sequence and the origin of modern humans // Cell. 1997. Vol. 90. P. 19–30.9. Meyer M. et al. A High-Coverage Genome Sequence from an Archaic Denisovan Individual // Science. 2012. Vol. 338. P. 222–226.10. Pääbo S. Neanderthal Man. Search of Lost Genoms. Basic Books, N.Y., 2014. 288 p.11. Pääbo S. The diverse origins of the human gene pool // Nat. Rev. Genet. 2015. Vol. 16. № 6. P. 313–314.12. Prüfer K. et al. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai, Mountains // Nature. 2014. Vol. 505. № 7481. P. 43–49.13. Racimo F. et al. Evidence for archaic adaptive introgression in humans // Nat. Rev. Genet. 2015. Vol. 16. № 6. P. 359–371.14. Reich D. et al. Genetic history of an archaic hominin group from Denisova cave in Siberia // Nature. 2010. Vol. 468. P. 1053–1060.15. Reich D. et al. Denisova admixture and the first modern human dispersals into Southeast Asia and Oceania // The American J. of Human Genetics. 2011. Vol. 89. P. 516–528.16. Sankararaman S. et al. The date of interbreeding between neandertals and modern humans // PLoS Genet. 2012. Vol. 8. doi: 10.1371/journal.pgen.100294717. Sankararaman S. et al. The genomic landscape of Neanderthal ancestry in present-day humans // Nature. 2014. Vol. 507. P. 354–357.18. Skoglund P., Jakobsson M. Archaic human ancestry in East Asia // Proceedings of the National Academy of Sciences of USA. 2011. Vol. 108. P. 18301–18306.19. Vernot B., Akey J. M. Resurrecting surviving Neandertal lineages from modern human genomes // Science. 2014. Vol. 343. P. 1017–1021.20. Vernot B., Akey J. M. Complex history of admixture between modern humans and neandertals // Am. J. Hum. Genet. 2015. Vol. 56. P. 448–453.21. Williams et al. The SIGMA Type 2 Diabetes Consortium // Nature. 2014. Vol. 506. P. 97–101.

Автор благодарит академика РАН А. П. Деревянко и д. и. н. М. Н. Шунькова (Институт археологии и этнографии СО РАН, Новосибирск), которые ведут работы на Денисовой пещере, за долговременное и продуктивное сотрудничество; Общество научных исследований им. Макса Планка (Германия) за постоянную поддержку и Российскую академию наук за поддержку исследовательской работы в Сибири.

elementy.ru

---

Смотрите также

• 
  Денисовцы неандертальцы
• 
  Загадка неандертальца
• 
  Неандертальцы денисовцы
• 
  Денисовцы неандертальцы
• 
  Пещеры неандертальцев
• 
  Гены неандертальцев
• 
  Неандертальцы огонь
• 
  Предки неандертальцев
• 
  Синантроп неандерталец
• 
  Неандертальцем фото
• 
  Неандертальцем фото