Внутренний неандерталец. Что может рассказать ДНК о взаимодействии неандертальцев и Homo sapiens

Благодаря исследованиям ДНК мы узнали, что наши предки скрещивались с неандертальцами и у многих из нас есть несколько процентов неандертальского наследия. Однако об обратном влиянии мы до сих пор знали довольно мало. Новое исследование, в котором ученые сравнили гены неандертальцев и Homo sapiens, не только впервые проливает свет на роль наших предков в исчезновении неандертальцев, но и потенциально может изменить наши представления о ранних человеческих миграциях. Кэти Хант поговорила с авторами исследования и другими специалистами о том, как взаимодействовали эти два вида и чем это закончилось для неандертальцев.

В 2010 году ученые выяснили, что ранние люди и неандертальцы когда-то скрещивались. Это стало научной сенсацией: мы узнали о генетическом наследии, которое, как было обнаружено, играет роль в жизни современных людей, влияя на циркадные ритмы, работу иммунной системы и на то, как некоторые из нас чувствуют боль.

В то же время ученые столкнулись с тем, что удивительно сложно воспроизвести поток генов в обратном направлении, чтобы узнать, как смешение двух групп могло сформировать неандертальцев, которые вымерли около 40 тысяч лет назад.

Исследование с помощью новых методов, результаты которого были опубликованы 12 июля в журнале Science, показало, что эти два вида обменивались ДНК в течение нескольких крупных волн миграции за последние 250 тысяч лет, а также пролило свет на исчезновение неандертальцев. Потенциально это может изменить наши представления о том, как и когда предки Homo sapiens покинули Африку.

«Существовавшие генетические данные свидетельствовали о том, что современные люди появились в Африке 250 тысяч лет назад, оставались там в течение следующих 200 тысяч лет, и за следующие 50 тысяч лет заселили планету, — сказал Джошуа Эйки, профессор Института Льюиса-Сиглера в Принстонском университете. — Однако генетика, по сути, слепа ко всему, что кроме родословной современных популяций. Новое исследование изменяет наше генетическое понимание перемещения людей из Африки».

Полученные данные свидетельствуют о том, что ранняя история человечества была более сложной.

Современные люди, вероятно, взаимодействовали с неандертальцами и другими ископаемыми человеческими видами, включая загадочных денисовцев, гораздо чаще, чем считалось: практически с момента нашего появления как вида около 250–300 тысяч лет назад.

Сравнивая последовательности ДНК в базах данных, ученые могут реконструировать отношения между различными популяциями и видами. Поскольку генетические изменения происходят с постоянной скоростью, генетики могут рассчитать время, прошедшее с тех пор, когда две группы обменялись ДНК.

Исследование показало, что люди выходили из Африки, встречались и скрещивались с неандертальцами в три волны. Первая — около 200–250 тысяч лет назад, вскоре после того, как в Африке появились самые первые ископаемые останки Homo sapiens; вторая — 100 тысяч лет назад; и последняя — около 50–60 тысяч лет назад.

Наиболее поздний эпизод скрещивания был идентифицирован в 2010 году, когда первый геном неандертальца был секвенирован лауреатом Нобелевской премии генетиком Сванте Паабо. Однако недавнее исследование показало, что первые две волны существенно отличались от третьей — масштабной миграции, которая в конечном итоге привела к тому, что современные люди расселились по всем уголкам земного шара.

Ученые обнаружили, что процент ДНК Homo sapiens в геноме неандертальца мог достигать 10% более 200 тысяч лет назад и со временем уменьшался. В среднем он составлял от 2,5% до 3,7%.

Похожее исследование, опубликованное в прошлом году, выявило генетические следы столкновения двух групп около 250 тысяч лет назад. Но, как считает Лауриц Сков, генетик из Калифорнийского университета в Беркли, вклад ДНК Homo sapiens в неандертальцев около 100 тысяч лет назад является новым открытием.

«Несомненно, история людей и неандертальцев переплетена гораздо плотнее, чем мы считали прежде», — написал он по электронной почте.

Согласно новому исследованию, во время двух первых волн скрещивания популяция неандертальцев впитала человеческие гены, при этом совместное потомство осталось в группах неандертальцев.

«Эти ранние эпизоды спаривания стали результатом миграции небольших групп Homo sapiens из Африки, которым не удалось создать там прочного плацдарма. Они оставили немного записей в генофонде современных популяций, но оказали большое влияние на геном неандертальцев» — сказал Эйки.

Он также объясняет, что ранние современные люди покидали Африку постепенно, тогда как популяции неандертальцев были достаточно большими, чтобы они могли, по сути, поглотить эти группы людей и их гены в собственной популяции.

Однако когда около 60 тысяч лет назад Homo sapiens покинули Африку в ходе длительной миграции по всему миру, потомство, полученное в результате столкновений Homo sapiens и неандертальцев, выросло уже в современных человеческих популяциях, и их гены остались в генофонде человека, влияя на нашу жизнь сегодня.

В ходе исследования команда использовала методы машинного обучения для расшифровки и секвенирования геномов останков трех неандертальцев, которые датируются периодом от 50 тысяч до 80 тысяч лет назад. Они были найдены в трех разных местах: в пещере Виндия в Хорватии, а также в Денисовой и Чагырской пещерах на Алтае. Затем исследователи сравнили эти данные с геномами двух тысяч современных людей.

«Мы разработали структуру, позволяющую определить, сколько современных человеческих последовательностей содержится в геномах неандертальцев, и выявить конкретные места в геноме неандертальца, которые несут в себе современные человеческие последовательности», — сказал Эйки.

Как считает Крис Стрингер, руководитель по эволюционным исследованиям человека в Музее естественной истории в Лондоне, существует несколько окаменелостей Homo sapiens, которые могут отражать ранние, менее успешные миграции нашего вида из Африки на Ближний Восток и в Европу.

Например, окаменелость Homo sapiens, найденная в пещере Апидима на юге Греции, возрастом 210 тысяч лет, и останки, найденные в израильских местах Схул и Кафзех. Окаменелости, найденные в Израиле, имели «примитивные черты», такие как более крупные брови и более плоские черепа.

«Я интерпретировал эти черты как сохраненные от более примитивных не-неандертальских предков. Но они могли быть и альтернативными признаками потока генов от неандертальцев. Возможно, в свете выхода этой новой работы, этот вопрос нужно рассмотреть снова», — сказал Стрингер.

Как отмечает Эйки, динамика популяции, выявленная в этом исследовании, может быть основной причиной исчезновения неандертальцев 40 тысяч лет назад. Анализ показывает, что численность популяции неандертальцев в то время была на 20% меньше, чем считалось ранее.

«Человеческие популяции были больше, и, подобно волнам, разбивающимся о берег, в конечном итоге размыли неандертальцев, при этом генофонд неандертальцев, вероятно, был поглощен человеческой популяцией в последней волне скрещивания, — говорит Эйки. — Вымирание — это очень сложный процесс, поэтому я бы не стал утверждать, что это единственное объяснение… В то же время я думаю, что поглощение неандертальцев человеческими популяциями, в достаточной степени объясняет причину исчезновения неандертальцев».

Стрингер согласен с тем, что последняя волна скрещивания могла способствовать вымиранию неандертальцев. Так как ДНК неандертальцев вошла в более крупный человеческий генофонд, популяция неандертальцев стала менее многочисленной и разнообразной. Он также добавил, что поздние неандертальцы могли быть вымирающим видом даже без конкуренции со стороны растущей популяции Homo sapiens.