Эволюция человека. Книга 3. Кости, гены и культура - Елена Наймарк

Рис. 3.4. Местонахождения древних Homo, живших не позднее 40 тыс. лет назад, чью принадлежность к денисовцам (обозначены белым цветом), неандертальцам (черным) или сапиенсам (серым) удалось определить по ядерной ДНК (по данным на август 2018 года). Звездочками помечены четыре индивида, чьи геномы удалось прочесть с высоким покрытием (то есть очень качественно): неандертальцы Виндия-33.19 и Denisova 5, денисовец Denisova 3 и сапиенс Усть-Ишим-1. Наполовину белая, а наполовину черная фигурка – Denisova 11 (Денни), гибрид первого поколения: отец этой женщины был денисовцем, а мать неандерталкой. Черная точка на фигурке сапиенса отражает тот факт, что у этого кроманьонца, Оасе-1, был предок-неандерталец в четвертом-шестом колене. Черная точка на фигурке денисовца означает небольшую примесь неандертальских генов, полученных предками девочки Denisova 3 задолго до ее рождения. По рисунку из Slon et al., 2018.

Получается, что сапиенсы, денисовцы и неандертальцы, встречаясь на просторах Евразии, то и дело скрещивались друг с другом. Почему же тогда три популяции не слились, а сохранили (вероятно, до самого конца, то есть до вымирания неандертальцев и денисовцев) свою генетическую идентичность и обособленность? Ту самую обособленность, благодаря которой мы можем уверенно говорить, глядя на последовательность древней ДНК, что вот это – неандерталец, а то – денисовец?

Видимо, что-то все же мешало им слиться, причем это “что-то” не имело отношения к их готовности скрещиваться друг с другом. Скрещивались-то они вполне охотно. Скорее всего, причина была в пониженной жизнеспособности или пониженной плодовитости гибридов (это называют частичной постзиготической репродуктивной изоляцией; подробнее см. в нашей книге “Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий”). За время раздельного существования три популяции успели накопить в своих генофондах несовместимые (конфликтующие) аллели, и поэтому их все-таки правильнее считать разными видами людей. К такому выводу ученые пришли и на основе других методов. Мы к этой теме еще вернемся.

Говоря о древних человечествах, скитавшихся по просторам Старого Света в среднем и позднем плейстоцене, трудно не потратить 90 % времени на обсуждение вопроса об их возможной гибридизации. Азиатские эректусы, неандертальцы, денисовцы, сапиенсы – все они теоретически могли скрещиваться друг с другом. Выше мы говорили, что на развитие полной генетической несовместимости между разобщенными популяциями у млекопитающих обычно уходит порядка 2–4 миллионов лет, то есть больше, чем успели прожить порознь перечисленные группы людей.

Спекуляций на эту тему было много и до зарождения палеогенетики, однако теперь появилась возможность перейти от домыслов к фактам (или, выражаясь корректнее, от очень спорных гипотез к значительно менее спорным). Если скрещивание происходило и рождались жизнеспособные гибриды, то в геномах потомков остаются об этом вполне четкие записи. Генетики научились их читать. Может быть, эпизоды межвидовой гибридизации и не были самым важным и интересным, что происходило в прошлом с людьми. Даже наверняка не были. Но информация о том, что обсуждали неандертальцы вечером у костра после встречи с денисовцами, в ДНК не записана. А о том, как они скрещивались, – записана. Сама возможность таких исследований, еще немыслимая каких-то десять лет назад, породила повышенное внимание к этой теме среди ученых.

Быстрый прогресс в данной области обеспечивается не только новыми отсеквенированными геномами, современными и древними, но и новыми методами их анализа. Исследование, о котором мы сейчас расскажем, основано на применении очередного нового метода к уже известным геномам.

Алан Роджерс, специалист по популяционной генетике и биоинформатике из Университета Юты, разработал пакет программ Legofit для реконструкции древней истории популяций по геномным данным (Rogers, 2019). В Legofit реализован новый подход к построению исторических реконструкций, учитывающий накопленный опыт и свободный от некоторых погрешностей, характерных для других методов.

Главная идея состоит в том, что надежную информацию о древних событиях можно извлечь из частоты встречаемости различных комбинаций примитивных и продвинутых аллелей в разных нуклеотидных позициях (nucleotide site patterns) в геномах изучаемых популяций.

Допустим, у нас есть генетические данные по четырем популяциям (рис. 3.5). В данном случае это современные африканцы (обозначены буквой X), современные европейцы (Y), неандертальцы (N) и денисовцы (D). Для каждой нуклеотидной позиции (сайта) берем по одному случайно выбранному аллелю (гаплоидному генотипу) из каждой популяции. Например, у современных африканцев в данной позиции может стоять нуклеотид А или Г, но мы выбираем один из вариантов случайно – допустим, это будет Г. То же проделываем и с остальными тремя популяциями. В итоге получаем для каждой популяции по одному варианту. Такой подход позволяет абстрагироваться от внутрипопуляционной изменчивости. Это, как утверждает Роджерс, может быть полезно, если мы хотим сосредоточиться на древних событиях в истории популяций, а не на недавних. В дальнейшем анализе учитываются только те сайты, в которых у одних популяций оказался примитивный аллель (такой же, как у шимпанзе), а у других – производный (то есть не такой, как у шимпанзе). Соответственно, для каждого отобранного сайта мы имеем ту или иную комбинацию (или паттерн распределения) примитивных и продвинутых аллелей. Например, может оказаться, что у первых трех популяций в данном сайте стоит такой же нуклеотид, как у шимпанзе (примитивный аллель), а у денисовцев – другой (производный аллель). Такая ситуация обозначается буквой d (см. рис. 3.5). Или, к примеру, может оказаться, что у первых трех популяций аллель производный и только у денисовцев – примитивный (комбинация xyn).

Рис. 3.5. Схематичное изображение генеалогии пяти человеческих популяций. Важно иметь в виду, что это не реконструкция реальных событий, а лишь схема, иллюстрирующая ход мысли Алана Роджерса и его коллег. X – современные африканцы, Y – современные европейцы, N – неандертальцы, D – денисовцы, S – неизвестная “сверхархаичная” популяция (superarchaics). Схема иллюстрирует идею о том, что частота встречаемости разных комбинаций примитивных и продвинутых аллелей несет информацию об истории изучаемых популяций. Нулями обозначены примитивные аллели, единицами – производные. Стрелки с греческими буквами – эпизоды привноса чужих генов в результате гибридизации. Разными линиями показана генеалогия одного конкретного нуклеотидного сайта. При такой генеалогии мутация, произошедшая на серой сплошной ветви, порождает комбинацию примитивных и производных аллелей d (0001), а мутация, произошедшая на черной сплошной ветви, – комбинацию xyn (1110). Прочие пояснения в тексте. Из Rogers et al., 2020.