Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов - Сванте Пэабо

Само скрещивание между людьми и неандертальцами казалось мне маловероятным в силу ряда биологических препятствий, поэтому я скептически относился к неандертальскому генетическому наследию. Хотя наверняка неандертальцы и люди могли образовывать брачные пары – в конце концов, в любых человеческих группировках так бывает, – но дети от таких союзов, по идее, должны были получаться менее жизнеспособными и плодовитыми. Вот, например, у людей 23 пары хромосом, а у горилл и шимпанзе 24 пары. Это потому, что наша самая большая хромосома, хромосома 2, получилась из двух слившихся хромосом меньшего размера. Две эти хромосомы у обезьян присутствуют розно. Подобные преобразования то и дело происходят по ходу эволюции и обычно никаких последствий для функциональности генома не имеют. Но у гибридов от родителей с разным числом хромосом появляются трудности с размножением. Если слияние двух хромосом в хромосому 2 произошло после расхождения линий людей и неандертальцев, то даже при успешном скрещивании гибридные потомки не могли передать неандертальскую ДНК, так как сами не могли иметь детей. Но это все не более чем пустые рассуждения, а мы собирались найти твердые факты. Как это сделать? Сравнить неандертальский геном с геномами современных людей и посмотреть, к кому неандертальцы окажутся ближе: к европейцам, с которыми неандертальцы долго делили территорию, или к африканцам, на чьей территории неандертальцы не жили никогда.

К октябрю 2006 года Дэвид и Ник с головой погрузились в проект. Они работали вместе с Джимом Малликином, еще одним членом нашего консорциума. Джим заведовал секвенированием в Национальном исследовательском институте генома человека в Бетесде. Он был очень славным и неизменно полезным. Он напоминал мне Винни-Пуха, но только весьма и весьма компетентную версию этого дружелюбного медвежонка. Он отсеквенировал геномы нескольких современных европейцев и африканцев. Чтобы было на что опереться при сопоставлении с неандертальским геномом, он выделил в современных геномах те позиции, в которых у представителей разных народов стоят разные нуклеотиды. Для каждой пары народов он сделал свое сравнение. Как уже говорилось, такие изменчивые позиции называются полиморфизмами, или однонуклеотидными заменами, сокращенно СНИП, и они лежат в основе любого генетического анализа. Я помню, в какой восторг меня привело обнаружение первого СНИПа ледникового периода в исследовании Алекса Гринвуда (см. главу 9). Он тогда реконструировал последовательность ДНК мамонта и по ходу дела нашел позиции, где в паре хромосом находились разные нуклеотиды. А теперь мы хотим перебрать сотни тысяч подобных СНИПов. Нам нужно узнать, есть ли в человеческом геноме среди полиморфных позиций такие, которые присутствовали у неандертальца 40 тысяч лет назад, много раньше тех мамонтов ледникового периода. И хотя мы работали над этим уже много лет, все равно конечная цель казалась мне чистой фантастикой.

Логика поиска неандертальской ДНК оставалась той же, что и в 1996 году, когда мы впервые занялись митохондриальным геномом. Примерно так: если неандертальцы жили только на европейской и западноазиатской территориях, то их ДНК, существуй она сегодня, скорее всего, сосредоточена там. Так что, предположив успешное скрещивание неандертальцев и древних европейцев, мы допускаем, что сегодня по Европе гуляют носители неандертальских генов, доставшихся им 30 тысяч лет назад. В этом случае европейская мтДНК в среднем будет больше похожа на неандертальскую, чем у современных африканцев. Но у нас тогда получилось, что европейцы и африканцы в равной мере отличаются от неандертальцев (или похожи на них), поэтому мы заключили, что наследственного вклада мтДНК в геном современного человека не было. Для ядерного генома справедливы те же рассуждения: если неандертальцы ничего не оставили современному человеческому геному, то в среднем все современные популяции людей будут равно отличаться от них. Правдоподобие выводов только увеличится, если мы учтем данные по большому числу СНИПов и большому числу индивидов. А если все же существует неандертальский вклад в ту или иную человеческую популяцию, то эта популяция будет больше похожа на неандертальскую последовательность, чем все остальные популяции. Вот именно с этим и начали разбираться Дэвид, Ник и Джим: выявлять те полиморфизмы, которые отличают европейцев от африканцев (их геномы Джим уже отсеквенировал). А потом будут определять, сколько из этих полиморфизмов, соответственно европейских и африканских, найдется в неандертальском геноме. Если неандертальцы ближе к европейцам, то у них будет больше общих полиморфизмов (СНИПов), чем с африканцами. И это будет указывать на генетический поток от неандертальцев к европейцам.

В апреле 2007 года, готовясь к очередной конференции в Колд-Спринг-Харбор, Джим, Ник и Дэвид прислали мне первые заметки по неандертальским генам. Выводы они основывали на данных по методике 454. Чтобы протестировать метод, они взяли два генома, европейца и африканца, определили, по каким СНИПам они различаются, а затем сравнили эти СНИПы с полиморфизмами еще одного современного европейца. У них получилось, что у двух европейцев 62 процента общих полиморфизмов, а у второго европейца с африканцем – 38 процентов. Так что у жителей с одной и той же территории в среднем больше общих полиморфизмов, чем с жителями любых других территорий. На тот момент у ребят была возможность сравнить современные человеческие геномы с неандертальскими по 269 полиморфизмам, которые, как уже было известно, различаются у европейцев и африканцев. И получилось, что у неандертальцев с европейцами 134 общих полиморфизма, а с африканцами – 135. Практически пятьдесят на пятьдесят – я, собственно, так и думал, что примеси быть не должно. Такой результат мне импонировал еще и по другой причине. Он означал, что у нас в руках геном персонажа, равно близкого и европейцам, и африканцам. А значит, и загрязнений, пришедших из современного мира, не так уж и много, так как любые загрязнения должны добавлять европейские полиморфизмы, сближая неандертальцев с европейцами.

Восьмого мая 2007 года, за день до конференции в Колд-Спринг-Харбор, все члены нашей бригады – а у нее теперь было официальное название, Консорциум по исследованию неандертальского генома, – первый раз собрались вместе. Начал я нашу встречу с того, что познакомил всех с новой методикой специальных меток, которую мы ввели для последующего выявления загрязнений вне “чистой комнаты”. Потом рассказал о трех археологических местонахождениях и о костях, из которых нам предстояло получить ДНК. У нас имелись 1,2 миллиона нуклеотидов из костей Виндии, и мы уже стали метить эти фрагменты. Еще у нас имелись в запасе 400 тысяч нуклеотидов из костей типового неандертальца из долины Неандерталь, тех самых, что послужили для реконструирования митохондриального генома в 1997- м. И наконец, у нас были кости из пещеры Эль-Сидрон в Испании, и из них мы выделили в общей сложности 300 тысяч нуклеотидов; в этом местонахождении Хавьер Фортеа специально для нас поднимал кости в стерильных условиях.

Слушать о неандертальских местонахождениях с костями было несказанно спокойнее, чем вести мудреные споры о технических трудностях выделения и секвенирования ДНК из этих костей. А тот факт, что неандертальцы отстоят и от европейцев, и от африканцев на примерно одинаковое нуклеотидное расстояние, впечатлил всех. Но Дэвид Рейх при этом здраво отметил, что у нас всего лишь 269 СНИПов и на основе этой небольшой выборки мы можем лишь исключить большой генетический вклад в европейский геном. На самом деле 90- процентный доверительный интервал для полученного 49,8- процентного сходства неандертальцев с европейцами составлял диапазон 45–55 процентов. Это означало, что с вероятностью 90 процентов неандертальский вклад в современный европейский геном не превышает пяти процентов. А с вероятностью 10 процентов неандертальцы оставили нам в наследство больше пяти процентов своих генов. С подобным вероятностным подходом я чувствовал себя на своем поле. Ведь если начать спорить относительно костных форм, отверстий, гребней и т. п., то как реально оценить собственную уверенность в выводах? Никак не оценишь. И даже если собрать больше данных, это все равно не исправит ситуацию. А ДНК исправит.