Кто мы и как сюда попали. Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом - Дэвид Райх

И я тоже, когда вошел в проект “Геном неандертальца”, испытывал сильное предубеждение против идеи о возможном скрещивании неандертальцев и современных людей. Мой руководитель в аспирантуре Дэвид Гольдстейн учился у Луки Кавалли-Сфорца, для которого концепция “из Африки” являлась основной моделью человеческой эволюции, и я напрямую унаследовал эти взгляды. С моей точки зрения, известные генетические данные настолько однозначно говорили в пользу сюжета “из Африки”, что я с легким сердцем мог поставить на самую строгую его версию, без каких бы то ни было скрещиваний с неандертальцами.

Исходя из этих взглядов, мы все сильно сомневались в обнаруженных нами же доказательствах скрещивания с неандертальцами. Поэтому, чтобы понять, где мы ошиблись с доказательствами, мы применили серию очень жестких тестов. Мы проверили, насколько полученный результат зависит от методики секвенирования, и для этого использовали две очень разных технологии. Но разницы не обнаружили. Проверили возможность, что найденное доказательство на самом деле является следствием большого числа ошибок в древней ДНК, затрагивающих, как известно, одни буквы ДНК чаще, чем другие. Но какой бы тип мутаций мы ни брали, доказательство оставалось на месте. Потом мы посмотрели, не мог ли полученный результат быть следствием загрязнения неандертальского образца современной ДНК. Несмотря на все старания не допустить лабораторных загрязнений, с образцами в принципе такое могло случиться, хотя оценка уровня современных загрязнений, которую мы все же получили, была настолько низкой, что никак не могла стать причиной выявленной закономерности. К тому же если бы такие загрязнения все же повлияли на общую картину, то она не имела бы ничего общего с той, что мы видели. Загрязнения, случись они в образце, были бы европейскими, потому что только европейцы работали с неандертальскими костями с самого их открытия. Но неандертальская ДНК была ближе и к европейской, и к азиатской, и к новогвинейской, а это три совершенно разные популяции.

Мы все равно сомневались, гадали, о чем таком еще не вспомнили, что могло бы объяснить найденную закономерность. А потом в 2009 году я поехал на конференцию в Мичиганский университет, где встретил Расмуса Нильсена; у него в работе были геномы людей со всего мира. Известно, что у африканцев в большей части генома вариабельность выше, чем у неафриканцев, и африканские генетические линии расходятся глубже во времени, как, например, в случае с мтДНК. Но Нильсен нашел в геноме такие редкие участки, где вариабельность у неафриканцев была выше, а не ниже, потому что эти участки отделились от общего ствола современных людей раньше и прямиком отошли к неафриканцам. Эти участки могли быть унаследованы от архаичных людей, которые скрещивались с неафриканцами. Нильсен присоединился к нашей команде, он должен был сравнить те самые редкие участки с нашими данными по неандертальцам. Взяв 12 таких участков, он обнаружил, что 10 из них близки к неандертальским последовательностям. 10 из 12 – это слишком много для простой случайности. Так что большая часть нильсеновских вариабельных участков была, похоже, унаследована от неандертальцев.

Рис. 8. Когда в организме человека идет развитие яйцеклеток или спермиев, то в них в итоге оказывается только одна из каждой пары хромосом (у человека 23 пары), и именно ее он передаст следующим поколениям. Хромосомы в половых клетках индивида являются соединенной нарезкой из тех, что достались ему/ей от матери и отца (см. рис. на другой странице). Это означает, что кусочки неандертальской ДНК в геноме современных людей становились все мельче и мельче по мере удаления от времени смешения (показаны реальные данные по хромосоме 12).

Потом мы получили оценку времени, когда неандертальская ДНК оказалась в составе неафриканской ДНК. Для этого мы представили, как шла рекомбинация – процесс, происходящий в ходе созревания яйцеклеток и сперматозоидов, предполагающий взаимоперестановку крупных фрагментов родительской ДНК и создание по-новому перетасованной последовательности, которая уже и передается детям. Представим, к примеру, первое гибридное поколение: женщину, мать которой была неандерталкой, а отец – представителем современных людей. В клетках ее тела каждая пара хромосом представлена одной целой неандертальской и одной целой современной хромосомой. Но в ее яйцеклетках при этом содержится 23 перетасованных хромосомы. И каждая из этих хромосом может иметь одну половину неандертальскую, а вторую – современную. Далее предположим, что эта женщина сошлась с современным мужчиной, их потомки передали смешанные гены в следующие поколения современных людей, а те в следующие. И с каждым новым поколением фрагменты неандертальской ДНК нарезались все мельче и мельче – рекомбинация срабатывает подобно ножу в кухонном комбайне, нарезая родительскую ДНК и перемешивая ее кусочки в случайных комбинациях на хромосоме. И вот, измеряя типичную длину кусочков неандертальской ДНК у нынешних людей – а мы выбрали эти кусочки по тому критерию, что у неандертальцев и неафриканцев они одни, а у африканцев другие, – можно узнать, сколько прошло поколений с момента вхождения неандертальской ДНК в геном предков нынешних людей.

Используя такой подход, мы выяснили, что неандертальский генетический материал (по крайней мере, некоторая его часть) был получен современными людьми где-то в интервале 86–37 тысяч лет назад20. После этого мы уточнили оценки времени смешения, а для этого включили в работу образцы древней ДНК современного человека из Сибири, жившего, согласно радиоуглеродным датировкам, 45 тысяч лет назад. У этого сибиряка фрагменты неандертальского происхождения были в среднем в семь раз длиннее, чем у нынешних людей, а это подтверждает, что он жил существенно ближе ко времени гибридизации с неандертальцами. Сибирский материал позволяет сузить диапазон датировки данного события гибридизации: 54–49 тысяч лет назад21.

Но в 2012 году мы еще не доказали, что в выявленном событии гибридизации участвовали именно неандертальцы. Ведь оно могло быть и с другими архаичными людьми, не обязательно неандертальцами, как указывал Грэм Куп, и это был, пожалуй, самый серьезный для нас вопрос22. Найденные закономерности могли быть результатом встреч современных людей с неизвестными пока архаичными людьми, связанными дальним родством не только с нами, но и с неандертальцами.

А через год мы смогли вывести из игры сценарий Купа. Тут помогли данные, полученные в лаборатории Пэабо из неандертальских костей, найденных в Южной Сибири: возраст этих костей составлял по меньшей мере 50 тысяч лет (радиоуглеродное датирование дает лишь нижний предел, так что действительный возраст может быть существенно старше)23. И по этому сибирскому геному нам удалось получить в сорок раз больше данных, чем для хорватского неандертальца. А с такими данными мы смогли с помощью перекрестного сравнения фрагментов последовательности отредактировать ошибки. В результате геном прочитался даже с меньшим уровнем ошибок, чем геномы нынешних людей. По этому высококачественному прочтению мы определили, насколько родственны неандертальцы и современные люди: в расчетах мы опирались на число мутаций, произошедших со времени разделения их линий. Мы не нашли фрагментов генома (или их было совсем мало), которые бы свидетельствовали об общих предках неандертальцев с современными африканцами (из районов южнее Сахары) в интервале последнего полумиллиона лет. Но с неафриканцами такие фрагменты нашлись – и их общий с неандертальцами предок существовал в интервале последней сотни тысяч лет. Это попадает во временные рамки укоренения неандертальцев в Западной Евразии. Значит, современные люди скрещивались именно с неандертальцами, а не с какими-то отдаленно родственными группами.