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

Меня его аргументы не убеждали. Я предпочитал думать, что гибридные скрещивания ограничивались просто по каким-то социальным причинам. И сегодня многие группы людей стараются держаться наособицу, соблюдая культурные, религиозные и кастовые границы. Почему с современными людьми и неандертальцами дела должны были обстоять иначе?

Но в идеях Экскофье заключалась важная истина. Мы и другие исследователи это поняли, когда стали анализировать и картировать оставшиеся у современных людей фрагменты неандертальского генома. Над этой задачей работал Шрирам Санкарараман из моей лаборатории: он выполнил поиск мутаций, имевшихся в секвенированном неандертальском геноме, но отсутствующих или редких у южных африканцев. Затем с помощью выстраивания цепочек с такими мутациями нам удалось выявить неандертальские фрагменты, значительную их часть, во всех неафриканских популяциях. А после мы посмотрели, как в современных геномах распределены эти фрагменты: стало ясно, что очень и очень неравномерно. То есть влияние гибридного скрещивания затронуло разные части генома очень по-разному. Средняя доля неандертальской ДНК у неафриканцев составляет примерно 2 %, но в разных участках эта величина сильно варьирует. В более чем половине генома неандертальское наследие вообще ни у кого не выявляется. А в некоторых особых участках генома присутствует более 50 % неандертальской последовательности ДНК32.

Главную подсказку, помогающую понять эту картину, дало изучение тех участков неафриканского генома, где неандертальские кусочки редки. По аналогии с митохондриальным геномом мы полагали, что присутствие или отсутствие неандертальских фрагментов определяется случайностью. Однако очень маловероятно, что в значительную часть генома, выполняющую ту или иную биологическую функцию, неандертальские фрагменты все время “случайно” не попадают, если только тут не вступает в игру естественный отбор, вычищая эти фрагменты.

И мы обнаружили именно это – следы систематического удаления неандертальских фрагментов, и, что примечательно, эти следы вычищения очевидны в двух частях генома, имеющих отношение, как мы знаем, к плодовитости гибридов.

Первое из этих мест с урезанным неандертальским наследием находится на Х-хромосоме, одной из двух половых хромосом. Это напомнило мне результаты нашей с Ником Паттерсоном работы, касающейся разделения предков шимпанзе и человека, опубликованной несколькими годами раньше33. В каждой популяции на каждые три копии Х-хромосомы приходится по четыре копии любой другой хромосомы (потому что у женщин две копии Х-хромосомы, а у мужчин только одна, тогда как для подавляющего большинства всех других хромосом у мужчин и женщин имеется по две копии). Это означает, что в каждой генерации две наугад взятые Х-хромосомы будут иметь общего родителя с вероятностью 4: 3 по отношению к любой другой паре хромосом. Отсюда следует, что ожидаемое время, прошедшее от общего предка до пары выбранных нами Х-хромосом, составит три четверти времени, оцененного для остального генома. Однако реальные последовательности дают величину, равную половине времени или даже меньше34. В нашем исследовании по популяциям шимпанзе и человека мы не выявили никаких сюжетов, способных объяснить такие закономерности: ни меньшую межпопуляционную миграционную подвижность женщин по сравнению с мужчинами, ни большую изменчивость по числу потомков у женщин по сравнению с мужчинами, ни экспансию популяций или, наоборот, их сокращение. Но один сюжет все же подошел: все становится объяснимо, если общая предковая популяция человека и шимпанзе разделилась, а затем вновь объединилась, дав впоследствии предков человека и предков шимпанзе.

Как получается, что гибридизация приводит к столь малой генетической вариабельности Х-хромосомы по сравнению с остальным геномом? У различных видов животного царства, как мы знаем, если есть две достаточно давно разобщенные популяции, то их гибридное потомство будет иметь пониженную плодовитость. Для млекопитающих, к которым относимся и мы, пониженная плодовитость больше свойственна мужчинам, а генетические элементы, ответственные за это, расположены на Х-хромосоме35. Поэтому если две популяции настолько разобщены, что их потомство будет иметь низкую плодовитость, но они еще способны скрещиваться и производить гибридов, то естественный отбор будет действовать против них, нацелившись на элементы, снижающие плодовитость. И лучше всего это будет видно по Х-хромосоме, потому что именно на ней сосредоточены гены, определяющие бесплодность. В результате естественный отбор будет поддерживать на Х-хромосоме участки ДНК той группы, которая доминировала по численности в смешанной популяции. Из-за этого Х-хромосома в смешанной популяции будет практически нацело состоять из ДНК доминирующей по численности группы. Отсюда и непропорционально низкий уровень различий Х-хромосомы у гибридной популяции и одной из “родительских” популяций (а именно доминантной). Такое объяснение согласуется с генетической картиной у человека и шимпанзе.

Предложенное рассуждение выглядит несколько надуманным, но оно тем не менее подкрепляется данными по домовым мышам – по гибридам западноевропейской и восточноевропейской популяций, живущим на территории, которая протягивается по Центральной Европе полосой с севера на юг примерно вдоль линии железного занавеса времен холодной войны. У этих гибридов по сравнению с западноевропейской популяцией плотность мутаций выше, потому что они несут ДНК не только западноевропейских мышей, но и мышей Восточной Европы, генетически более разнообразных, чем их западные соседи. При этом плотность мутаций в Х-хромосоме гибридов сильно снижена, потому что в их Х-хромосоме очень мало ДНК от восточноевропейской популяции, так как восточный вариант Х-хромосомы сопряжен с бесплодностью гибридных самцов36.

После 2006 года, когда мы опубликовали статью о гибридной природе предков шимпанзе и человека, появились, хотим мы того или нет, новые подтверждения этому главному событию древнего смешения, имевшему место в эволюционной истории шимпанзе и человека. В 2012 году Миккель Шируп и Томас Майлунд с коллегами разработали новый, опирающийся на данные генетики метод, чтобы оценить, насколько внезапно разделились предки двух ныне живущих видов. Этот метод использовал тот же принцип, что у Ли и Дурбина37, как это было описано в главе 1. И когда его применили для анализа времени разделения шимпанзе и их дальних родичей бонобо, то получили подтверждение очень быстрого размежевания, что вполне согласуется с гипотезой, что данные виды появились в результате разделения популяции большой рекой (Конго), которая образовалась сравнительно быстро 1–2 миллиона лет назад. Но когда тем же методом проверили человека и шимпанзе, то все получилось по-другому. Их разделению, как выяснилось, предшествовал долгий период генетического обмена, пока шел процесс дифференцировки популяций – именно это и ожидается при гибридизации38.

Но еще более важные доказательства были опубликованы Ширупом и Майлундом в 2015 году. Вместе со своими коллегами они показали, что те участки на Х-хромосоме неафриканцев, откуда отбором удалялись неандертальские фрагменты, в большой мере совпадают с участками повышенного сходства у человека и шимпанзе39. Вполне ожидаемая картина, если принять, что мутации, снижающие плодовитость, сконцентрированы не просто на Х-хромосоме, а в конкретных ее местах, и именно в них естественный отбор, работающий против гибридных самцов с низкой плодовитостью, оставляет минимум чужеродного наследия. Таким образом, вычищение неандертальской ДНК из “современной” Х-хромосомы выглядит наглядным доказательством низкой плодовитости гибридных самцов.