Учёные сообщили, что им удалось извлечь самую древнюю из известных ДНК Homo sapiens из человеческих останков, найденных в Европе, и эта информация помогает дополнить общую историю человеческого вида, начиная с неандертальцев.
Древние геномы, секвенированные из 13 фрагментов костей, найденных в пещере под средневековым замком в Ранисе (Германия), принадлежали шести людям, включая мать, дочь и дальних родственников, которые жили в этом регионе около 45 тысяч лет назад, говорится в исследовании, опубликованном 12 декабря в журнале Nature.
В геномах были обнаружены признаки неандертальского происхождения. Исследователи установили, что предки ранних людей, живших в Ранисе и окрестностях, вероятно, встречались и заводили детей с
неандертальцами примерно на 80 поколений раньше, или на 1500 лет раньше, хотя это взаимодействие не обязательно происходило в одном и том же месте.
Учёные знают, что ранние люди скрещивались с неандертальцами, с тех пор как в 2010 году был секвенирован первый геном неандертальца, что стало сенсационным открытием, оставившим генетическое наследие, прослеживаемое и по сей день.
Фото: edition.cnn.com
Однако когда именно, как часто и где происходило это переломное и загадочное событие в истории человечества, выяснить было сложно. Исследователи полагают, что межвидовые отношения возникли где-то на Ближнем Востоке, когда часть Homo sapiens
покинула Африку и столкнулась с неандертальцами, которые жили на территории Евразии в течение 250 тысяч лет.
Более подробное описание исследования происхождения неандертальцев, было опубликовано 12 декабря в журнале Science. Научная работа, в которой анализируется информация из геномов 59 древних людей и 275 ныне живущих, подтвердила более точную хронологию, обнаружив, что большая часть неандертальских предков современных людей может быть отнесена к «единому, общему продолжительному периоду потока генов».
«Мы гораздо более похожи, чем отличаемся друг от друга», - сказала на пресс-брифинге автор исследования, опубликованного в журнале Science, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли Прия Мурджани. «Различия, которые мы представляли себе очень большими между этими группами, на самом деле оказались очень маленькими с точки зрения генетики. Похоже, что они смешивались друг с другом в течение длительного периода времени и жили бок о бок».
Исследование выявило поворотный период, который начался около 50,5 тысяч лет назад и закончился около 43,5 тысяч лет назад - незадолго до того, как вымершие неандертальцы начали исчезать из археологических записей. В течение этих 7 тысяч лет ранние люди встречались с неандертальцами, рожали детей на довольно регулярной основе. Пик активности пришёлся на 47 тысяч лет назад.
Исследование показало, как некоторые генетические особенности, унаследованные от неандертальских предков и составляющие от 1 до 3 % генома современного человека, менялись с течением времени.
Некоторые из них, например, связанные с иммунной системой, были полезны для людей во время последнего ледникового периода, когда температура была намного ниже, и продолжают приносить пользу и сегодня.
По словам эволюционного генетика Тони Капра, профессора эпидемиологии и биостатистики Института вычислительных наук о здоровье Бакара при Калифорнийском университете в Сан-Франциско, эти два исследования дают «значительную уверенность» в том, что происходил процесс при, котором люди и неандертальцы обменялись генами, называемый генетиками интрогрессией.
«Генетические данные, относящиеся к этому важнейшему периоду нашей эволюции, очень редки», - говорит Капра, который не принимал участия в исследовании. «Эти исследования подчёркивают, что наличие даже нескольких древних геномов даёт мощную перспективу, которая позволила авторам уточнить наше понимание миграции людей и интрогрессии неандертальцев».
Учёные, работавшие над двумя исследовательскими проектами, решили опубликовать свои работы одновременно, когда поняли, что по отдельности пришли к аналогичным выводам.
Как неандертальское происхождение повлияло на гены человека
Исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что генетические варианты, унаследованные от предков-неандертальцев, неравномерно распределены по геному человека.
Некоторые регионы, которые учёные называют «архаическими пустынями», лишены неандертальских генов. Эти пустыни, вероятно, быстро развились после скрещивания двух групп, в течение 100 поколений, возможно, потому, что они привели к врождённым дефектам или заболеваниям, которые повлияли бы на шансы потомства на выживание.
«Это говорит о том, что гибридные особи с неандертальской ДНК в этих регионах были значительно менее приспособлены к жизни, что, вероятно, было связано с тяжёлыми заболеваниями, летальным исходом или бесплодием», - говорит Капра.
В частности, Х-хромосома была архаичной. По словам Капры, влияние неандертальских вариантов, вызывающих болезни, могло быть сильнее выражено на Х-хромосоме, возможно, потому, что она присутствует в двух копиях у женщин и только в одной копии у мужчин.
Фото: edition.cnn.com
«В Х-хромосоме также есть много генов, которые при изменении связаны с мужской фертильностью, поэтому было высказано предположение, что часть этого эффекта могло возникнуть в результате интрогрессии, приведшей к стерильности мужских гибридов», - говорит он.
Варианты генов неандертальцев, наиболее часто обнаруживаемые в древних и современных геномах Homo sapiens, связаны с такими признаками и функциями, как иммунная функция, пигментация кожи и метаболизм, причём частота некоторых из них со временем возрастала.
«Неандертальцы жили за пределами Африки в суровом климате ледникового периода и были адаптированы к климату и патогенным микроорганизмам в этой среде. Когда современные люди покинули Африку и скрестились с неандертальцами, некоторые особи унаследовали неандертальские гены, которые, предположительно, позволили им лучше адаптироваться и выживать в этой среде», - говорит Леонардо Яси, соавтор статьи в Science и докторант Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге (Германия).
Люди, жившие в Ранисе, имели 2,9% неандертальских предков, так же как и большинство современных людей.
Новая хронология позволяет учёным лучше понять, когда люди покинули Африку и мигрировали по всему миру. По мнению авторов исследования, основная волна миграции из Африки была завершена 43,5 тысяч лет назад, поскольку большинство современных людей за пределами Африки имеют неандертальских предков, происходящих из этого периода.
Однако учёные ещё многого не знают. Неясно, почему люди в Восточной Азии сегодня имеют больше неандертальских предков, чем европейцы, и почему в геномах неандертальцев этого периода мало признаков ДНК Homo sapiens.
Хотя геномы, секвенированные у людей из Раниса, являются самыми древними геномами Homo sapiens, ранее учёные извлекали и проанализировали ДНК из останков неандертальцев, возраст которых составляет 400 тысяч лет назад.
Потерянная ветвь человеческого семейного древа
Люди, которые называли пещеру в Ранисе своим домом, были одними из первых Homo sapiens, живших в Европе.
Эти ранние европейцы насчитывали несколько сотен человек, в том числе женщину, которая жила в 230 километрах от Златого Куня в Чешской Республике. ДНК из её черепа была секвенирована, и учёные, опубликовавшие исследование в Nature, смогли связать её с людьми из Раниса.
По данным исследования, у этих людей была тёмная кожа, тёмные волосы и карие глаза, что, возможно, свидетельствует об их относительно недавнем прибытии из
Африки. Учёные продолжают изучать останки из этого места, чтобы составить представление об их рационе и образе жизни.
Эта семейная группа была частью первобытной популяции, которая в конечном итоге вымерла, не оставив следов предков в ныне живущих людях. По словам Йоханнеса Краузе, директора отдела археогенетики Института эволюционной антропологии Макса Планка, другие линии древних людей также вымерли около 40 тысяч лет назад и исчезли так же, как и неандертальцы.
Эти вымирания могут свидетельствовать о том, что Homo sapiens не сыграл никакой роли в гибели Homo neanderthalensis. «Мы увидели, что история выживания человека не всегда является историей успеха», - говорит Краузе, старший автор исследования в Nature.