Сделанный генетический анализ останков выявил, что наши предки
периодически скрещивались как с неандертальцами, так и с денисовцами.
Нынешний евразийский геном примерно на 1-4% составлен из генного
материала неандертальцев, а меланезийский геном - где-то на 4-6% из ДНК
денисовцев, сообщают исследователи.
На уровне здравого смысла аргументы простые - мы видим в некоторых популяциях современных сапиенсов небольшую примесь неандертальских аллелей - но, поскольку неандертальцы к нам очень близки, точные выводы зависят от хитрого статистического анализа. Кусок ДНК какой нибудь мушки в нашем генотипе было бы видно сразу - безо всякой статистики. А так, со всей этой статистикой адекватно могут разобраться несколько десятков человек на Земле. Нам же приходится принимать их выводы по принципу - верю-не верю. Ясно, что гипотеза неандертальской примеси не достигла пока что однозначности уровня утверждения "Земля вращается вокруг Солнца".
Это, к сожалению, проблема всей современной науки. Доказательство теоремы Ферма или гипотезы Пуанкаре могут понять несколько десятков специалистов в мире - а огромное большинство математиков - не может (и никогда не сможет - им не месяцы пришлось бы разбираться, а годы).
На уровне здравого смысла аргументы простые - мы видим в некоторых популяциях современных сапиенсов небольшую примесь неандертальских аллелей - но, поскольку неандертальцы к нам очень близки, точные выводы зависят от хитрого статистического анализа. Кусок ДНК какой нибудь мушки в нашем генотипе было бы видно сразу - безо всякой статистики. А так, со всей этой статистикой адекватно могут разобраться несколько десятков человек на Земле. Нам же приходится принимать их выводы по принципу - верю-не верю. Ясно, что гипотеза неандертальской примеси не достигла пока что однозначности уровня утверждения "Земля вращается вокруг Солнца".
Это, к сожалению, проблема всей современной науки. Доказательство теоремы Ферма или гипотезы Пуанкаре могут понять несколько десятков специалистов в мире - а огромное большинство математиков - не может (и никогда не сможет - им не месяцы пришлось бы разбираться, а годы).
Не парьтесь так... Не говорите о том, что наука не может... Лучше расскажите о том, что вы поняли...
Сообщение отредактировал demos: 19.03.2013 - 21:50 PM
Я говорил тут что наука что то не может? Я только говорил, что этот вопрос ( о смешениях сапов с неандерами и прочими) пока что не дважды два, только и всего. И вообще, разговор о геноме и его процентах, это подмена понятий, находил по этому поводу коментарий спеца - вот он
говорится о том, что у современного человека около 4% неандертальских генов...
То есть, если прикинуть - из примерно 28 000 генов у современного человека 1400
пришли от неандертальцев!!! С другой стороны, а остальные гены у
неандертальца и современного человека - абсолютно разные ??? И как тогда
быть с шимпанзе - ведь практически все гены шимпанзе есть у
современного человека?
На самом деле это не так. Речь ни в одной из
статей по сравнению геномов современного человека с геномами
неандертальца и денисовца не идет о генах - говорится о
«генетических вариантах» (например, можно посмотреть реферат
первой статьи по этой теме – «A draft version of the Neandertal
genome», Nature, 2010, vol. 328, p. 710-722). По сути, авторы
проводят сравнение однонуклеотидных полиморфных вариантов в геномах
современного человека, неандертальца и шимпанзе и ищут те
варианты, которые есть в геномах неандертальца и современного
человека и отсутствуют в геноме шимпанзе. Далее следует
весьма изощренный статистический анализ с использованием
специально разработанных алгоритмов и делается вывод о том, что
часть полиморфизмов возникла у неандертальцев и именно от
неандертальцев попала в геном современных людей - причем только
европеоидов и монголоидов, в африканских популяциях от
неандертальцев ничего пока не найдено. Но в любом случае -
это варианты, распределенные по всему геному. А не большие
области ДНК и не целые гены … Даже недавнее выявление
возможного неандертальского происхождения некоторых аллелей генов
главного комплекса гистосовместимости не влияет на этот вывод
- и в этом случае от неандертальцев пришли не гены
целиком, а отдельные замены в гипервариабельных областях HLA
генов.
Но «генетический вариант» звучит так буднично и не
интересно, что так и тянет сказать «ген». Но тут все-таки
надо четко помнить, что такое ген - и по мере возможности
не вводить людей в заблуждение.
Даже и из самых благих побуждений... Потом эти "гены
неандертальцев" будут гулять по просторам Интернета - и
будет очень сложно вернуться к первоначальному смыслу полученных
при секвенировании генома неандертальца данных.
Я говорил тут что наука что то не может? Я только говорил, что этот вопрос ( о смешениях сапов с неандерами и прочими) пока что не дважды два, только и всего. И вообще, разговор о геноме и его процентах, это подмена понятий, находил по этому поводу коментарий спеца - вот он
Журналисты, бравшиеся освещать такую непростую тему, как антропогенез, за последние годы наломали немало дров. Поэтому на данном портале не будет журналистских статей. Мы даём слово напрямую Специалистам. Таких настоящих Специалистов - Антропологов с большой буквы в нашей стране крайне мало, но они есть. Благодарим еще раз их, очень занятых людей, за участие в проекте. Благодарим за понимание: насколько важна популяризация настоящей, большой Науки.
Научно-просветительский портал Антропогенез.ру открыт 1 октября 2010 года.
Большинство материалов на портале публикуется с разрешения их Авторов.
На портале нет коммерческой рекламы. Целью портала не является получение какой-либо прибыли.
Проект создан и поддерживается по инициативе и на средства Редактора портала Антропогенез.ру –Александра Соколова.
Основная содержательная часть портала подготовлена к.б.н., доцентом кафедры антропологии биологического факультета МГУ им. Ломоносова Станиславом Дробышевским.
Мы попросили дать комментарий нашего Эксперта-генетика - Светлану Александровну Боринскую, ведущего научного сотрудника лаборатории анализа генома Института общей генетики им. Н.И.Вавилова, к.б.н. Вот этот комментарий:
Материал спрятан под спойлером:
Spoiler
Ну вот, опять...
Неандертальцы НЕ скрещивались с сапиенсами???
В статье, только что опубликованной на сайте ArXiv.org, "палеогенетик номер 1" Сванте Паабо и его коллеги приводят новые данные, согласно которым смешение междунеандертальцами и Homo sapiens произошло не 120–80 тысяч лет назад, а наиболее вероятно 47-65 тысяч лет назад. Таким образом, вполне возможно, это случилось не на Ближнем Востоке (как утверждалось ранее), а в Европе, где около 50 тысяч лет назад как раз появляются носители верхнепалеолитической культуры - кроманьонцы...
Подробный анализ этой публикации мы постараемся подготовить в ближайшее время. Однако картину омрачает другая статья, вышедшая параллельно в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Ее авторы, во главе с Андреа Маника из Университета Кембриджа, подвергают сомнению (впрочем, не в первый раз) сам факт того, что скрещивание вообще имело место...
По мере развития технологий секвенирования и моделей, используемых для интерпретации результатов, представления молекулярных антропологов об эволюции, расселении и связи с родственными видами человека современного анатомического типа меняются.
10-15 лет назад, когда удавалось секвенировать только молекулы митохондриальной ДНК или ее небольшие фрагменты, генетики утверждали, что современный человек не скрещивался с неандертальцами. Митохондриальная ДНК неандертальцев отличается от человеческой больше, чем мтДНК двух любых людей отличаются друг от друга, т.е. изменчивость мтДНК неандертальца выходит за пределы видовой изменчивости мтДНК Homo sapiens.
Затем, после секвенирования полного генома неандертальца, когда было обнаружено, что 1-4% однонуклеотидных замен в геномах европейцев и азиатов совпадают с неандертальскими, но отсутствуют в геномах африканцев, это сходство было проинтерпретировано как результат смешения вышедших из Африки предков современного населения Евразии (и других неафриканских групп) с неандертальцами. Правда, смешение это предполагалось незначительным.
Мы попросили дать комментарий нашего Эксперта-генетика - Светлану Александровну Боринскую, ведущего научного сотрудника лаборатории анализа генома Института общей генетики им. Н.И.Вавилова, к.б.н. Вот этот комментарий:
И вот теперь более детальное изучение генетического разнообразия африканских популяций и применение математического моделирования изменения этого разнообразия при расселении из Африки показывает, что сходство европейцев и азиатов с неандертальцами может объясняться не тем, что они скрещивались после выхода H.sapiens из Африки,
а тем, что источником миграций и неандертальцев, и людей современного типа послужила одна и та же группа, населявшая Север Африки.
Африканские популяции отличаются друг от друга гораздо сильнее, чем европейцы от азиатов. И предполагается, что такие отличия между африканскими группами существовали еще до выхода людей из Африки.
Если только одна группа давала начало миграциям, то потомки, когда бы они не вышли из Африки - 300 тыс лет назад, как неандертальцы, или 70 тыс лет назад, когда в Африке уже сформировался человек современного типа, могут иметь общие генетические черты, которые отсутствуют в других оставшихся в Африке группах.
Согласно этой модели, сходство неандертальцев и европейцев объясняется наличием у них общих предков в Африке, а не более поздним притоком генов от неандертальцев к их вышедшим из Африки родственникам.
Теперь следует подождать альтернативного объяснения смешению денисовцев с меланезийцами, и можно будет вернуться к "дополногеномным" представлениям о том, что человек разумный и его собратья, одновременно с ним проживавшие в Евразии, представляли разные виды и, как и положено представителям разных видов, плодовитого потомства не давали (даже если пытались это сделать)...
Источники:
Sriram Sankararaman, Nick Patterson, Heng Li, Svante Paabo, David Reich. The date of interbreeding between Neandertals and modern humans. arxiv.org/abs/1208.2238v1
Anders Eriksson and Andrea Manica. Effect of ancient population structure on the degree of polymorphism shared between modern human populations and ancient hominins. PNAS August 14, 2012 http://www.pnas.org/...9.abstract?etoc
От Редактора: Публикуем выступление Александра Маркова на2-м заседании Клуба АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ, состоявшемся 26 февраля 2011 года в Государственном Дарвиновском музее.
Спор о происхождении современного человечества между моноцентристами и полицентристами продолжается уже много десятилетий. Крайние варианты конкурирующих точек зрения показаны на слайде 1.
Ничего я никуда отправлять не буду. Г-н Дюкарев, есть ПРЕОБЛАДАЮЩАЯ точка зрения, преобладающая, но не единственная. И детали постоянно пытаются уточнить.
Ничего я никуда отправлять не буду. Г-н Дюкарев, есть ПРЕОБЛАДАЮЩАЯ точка зрения, преобладающая, но не единственная. И детали постоянно пытаются уточнить.
А то что земля вокруг Солнца, это банальный факт...
Именно эта статья от февраля 2011 года у меня и указана под спойлером.
Именно в ней и указана, как были разбиты ещё 2 года назад доводы бывших сторонников споров. Прочитайте, пожалуйста, всю статью, а не заголовок её, на основании которого можно сделать двоякие выводы.
Зря не хотите воспользоваться обратной связью со специалистами. Тем более, что они даже предложили специальную формочку для обратной связи. Думал, пригласите их на форум. Они всё детально разжуют по каждому пункту.
Надеюсь, их пригласит на форум, в таком случае Администрация сайта. Думаю, мнение кандидатов и докторов биологических наук (специализирующихся на геноме человека), изложенное, желательно, в последние полгода на основании последних данных науки, в вопросе "неандертальцев" и и влияния их генома на геном современного человека будет куда профессиональнее, чем наше с Вами.
Кто спорит, у профессионалов всегда профессиональнее
Пусть скажут, что вращение Земли доказано столь же неопровержимо, как и смешение с неандерами
А вторая часть моего спича была о том, что мы не понимаем с Вами (мы, а не профи) каким образом эти выводы сделаны. Вот как доказать вращение Земли я представляю. Каким образом делаются относительные датировки по стратиграфии - вполне. А вот как они вычисляют сходимость аллей - даже примерно нет. У Вас, судя по всему, лучшая биологическая подготовка.
Кто спорит, у профессионалов всегда профессиональнее
Пусть скажут, что вращение Земли доказано столь же неопровержимо, как и смешение с неандерами
А вторая часть моего спича была о том, что мы не понимаем с Вами (мы, а не профи) каким образом эти выводы сделаны. Вот как доказать вращение Земли я представляю. Каким образом делаются относительные датировки по стратиграфии - вполне. А вот как они вычисляют сходимость аллей - даже примерно нет. У Вас, судя по всему, лучшая биологическая подготовка.
А вот я никак понять не могу, г-н Gundir, зчем спорить и возражать специалистам, если понять что-то в тайнах их профессии не можете? Я вот на китайском даже не читаю и почему на этом основании должен подвергать сомнению труд переводчика с китайского?
Лучше прекратить флуд, а если Вы знакомы с мнениями специалистов, которые опровергают выводы о смешении сапиенсов с неандертальцами, то и приведите их, а Ваша подготовка в области "стратиграфии" сомневаюсь, что может кого в этой теме заинтересовать... ИМХО.
А вот любопытный ответ, про всякие смешения сапиенсов с несапиенсами
Batyr KZ (письмо в Редакцию): Сванте Паабо (швед. Svante Pääbo) посредством секвенирования палео-ДНК показал,что анатомически современный человек (eurasian) вне Африки смешивался с неандертальцами и (melanesian) c людьми древнего Алтая - денисован, из пещеры Аю таш. Возможно, что контакты были на территории древнего Ближнего Востока в первый исход из Африки (порядка 130 тыс.лет назад), так же вероятно, что древние меланезийцы смешивались с денисован в ЮВА после второго исхода.
Новый взгляд на этот непростой вопрос - авторы статьи считают,что это полиморфизм общего предка,а не смешивание видов: Lowery RK, Uribe G, Jimenez EB, Weiss MA, Herrera KJ, Regueiro M, Herrera RJ. Neanderthal and Denisova genetic affinities with contemporary humans: Introgression versus common ancestral polymorphisms. Gene. 2013 Jul 19. [ссылка] Что ответит Сванте Паабо как палеогенетик? Какое мнение у экспертов портала АНТОПОГЕНЕЗ.РУ?
Спасибо за приятный вопрос!
Сначала краткий ликбез, чтобы было понятно, о чем идёт речь. Когда пишут о вкладе неандертальцев или денисовцев в гены современного человека, подразумеваются не целые гены или сколь нибудь протяженные фрагменты генома, а SNP (читается как "снип", Single Nucleotide Polymorphism = однонуклеотидный полиморфизм). То есть речь идёт о заменах отдельных нуклеотидов - как это и указано в процитированной читателем статье.
Во многих пересказах истории с денисовцами (в том числе и в русской Википедии) встречаются выражения "5 % общих генов" (или 1%, или 4% для неандертальцев), что создает представление, будто мы получили от этих древних родственников какие-то куски генома.
Если бы действительно были распознаны более или менее протяженные фрагменты ДНК, попавшие к нашим предкам от их древних собратьев, такие фрагменты можно было бы однозначно распознать как приток генов.
Но когда речь идет о "точечных заменах" отдельных нуклеотидов, разбросанных там и сям по геному, однозначно определить их происхождение пока не удается.
Когда при сравнении двух родственных видов в одной и той же позиции генома этих видов стоят разные нуклеотиды, то один из нуклеотидов предковый, другой - эволюционно молодой, заменивший предковый в результате мутации. Чтобы узнать, какой из вариантов предковый,а какой "молодой", используют геном еще одного родственного вида (его называют "внегрупповой вид", по-английски outgroup), отделившегося от общего ствола до расхождения тех двух видов, которые изучают.
При сравнении генов человека с геномами неандертальца или денисовца в качестве "внегруппового" (outgroup) вида использовали шимпанзе (в ряде случаев гориллу, орангутана, других приматов).
Логика исследования такова: если у человека и денисовца (или неандертальца) в какой-то позиции генома стоят разные нуклеотиды, то тот, который совпадает с шимпанзе, и есть предковый. А тот, который не совпадает - эволюционно молодой, возник уже после отделения линии, несущей этот молодой аллель.
Эволюционно молодые аллели денисовца были обнаружены у жителей Меланезии (те самые 5% однонуклеотидных полиморфизмов, которые журналисты называют "5% генов"), но не других регионов мира. Эволюционно молодые аллели неандертальца - в различных популяциях современных людей, но не у африканцев.
Эволюционно молодые аллели могли попасть к людям:
1) Если предки меланезийцев смешивались с денисовцами и получили от них эволюционно молодые аллели, которых не было у остального человечества.
2) Если в общей предковой популяции людей и денисовцев были и предковые и эволюционно молодые аллели, которые затем неравномерно распределились по группам, впоследствии прекратившим скрещивание (нашим предкам и денисовцам). При расселении в части групп были утрачены молодые аллели, а в других группах они сохранились с невысокой частотой (5% общих с денисовцами "молодых" аллелей у меланезийцев или 1%-4% общих с неандертальцами в неафриканских популяциях).
Это как раз тот вариант, который автор вопроса справедливо называет "полиморфизм общего предка".
В генетике это явление имеет и другое название - "неполное расхождение генетических линий". АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ уже писал об этом явлении в связи с обсуждением генома бонобо (см. "Примечание 4" в статье "Расшифрован геном бонобо").
3) Если случайно одни и те же эволюционно молодые аллели возникли одновременно в нескрещивающихся группах людей. 5% для такой случайности - слишком много, но отдельные совпадения вполне возможны.
В своих статьях о геномах неандертальца и денисовца Сванте Пэбо придерживается первой версии (генетический вклад в результате смешения), хотя упоминает и о других возможных интерпретациях.
Цитируемая в вопросе статья Lowery с соавторами [ссылка] приводит доводы в пользу второй версии, то есть полиморфизма предковой популяции. Скрещивание предков современных людей с неандертальцами или денисовцами в рамках этой версии не требуется.
Lowery et al. сравнили предковые и "молодые" аллели SNP в геномах представителей различных современных популяций людей, неандертальца, денисовца, используя шимпанзе в качестве outgroup. Авторы пришли к выводу, что присутствие эвоюционно молодых SNP-аллелей одновременно в геномах древних людей (неандертальца и денисовца) и в отдельных популяциях современных людей - скорее всего, результат сохранения в этих популяциях молодых аллелей, существовавших уже у общего предка.
Чтобы согласиться (или не согласиться) с выводом Сванте Пэбо, надо было провести тот самый анализ, который сделан у Lowery et al. 2013.
Чтобы сделать такой анализ, надо обладать квалификацией, которую имеет считанное число научных групп в мире, и потратить кучу времени на довольно занудную работу. Это та работа, которую ждало научное сообщество.
Что касается моей "экспертной оценки" - я за Lowery, за вариант с неполным расхождением между потомками тех "молодых" аллелей, которые болтались в предковой популяции. Моя оценка основана на моём опыте сравнения нуклеотидных последовательностей геномов человека и других высших приматов. При этом встречаются ситуации, когда "молодой" аллель есть у человека и гориллы (или даже у человека и орангутана), но отсутствует у шимпанзе.
Из этого не надо делать вывод, что люди скрещивались с гориллами.
Это именно - "неполное расхождение генетических линий", несоответствие генных (или "сниповых") генеалогий генеалогии видов. И я очень рада появлению статьи Lowery с соавторами, и понимаю, что эта статья дискуссии не закрывает, и будут еще работы на эту же тему, в которых будут использоваться другие модели и более изощренные методы оценки. В частности, необходимо использовать в качестве outgroup не только шимпанзе, но и гориллу, и орангутана, и, возможно, еще и низших приматов. Использование только шимпанзе для нескольких процентов случаев дает неправильную оценку того, какой аллель является молодым. По той же причине "неполного расхождения" в геноме шимпанзе могут оказаться молодые аллели, совпадающие с человеком или денисовцем, и без анализа более полной филогении они будут интерпретированы как предковые исключительно по причине своей "шимпанзиности".
Что ответит Сванте Пэбо как палеогенетик, угадать заранее вряд ли возможно.
Наиболее вероятно, что никакого специального ответа не будет, просто в своих статьях Пэбо будет упоминать одну возможность со ссылкой на свои работы, а вторую возможность со ссылкой на работы Lowery и других авторов, которые будут писать на эту тему.
Пэбо действительно один из ведущих палеогенетиков в мире. Тем не менее в его работах встречаются ошибки и экспериментальные (в его первой статье по древней ДНК источником оказалась вовсе не египетская мумия, как заявлялось в статье, а современное загрязнение человеческой ДНК), так и ошибки интерпретации (при "сборке" митохондриального генома мамонта его группой были сделаны ошибки, добавившие лишние "мутации" и исказившие филогенетическе датировки). Никаких меморандумов по этому поводу никто не выпускает. Просто учитывают в последующих работах.
Тем более, что при публикации генома денисовца и неандертальца Пэбо и не утверждал, что его версия - единственно верная. В его статье после изложения версии о смешении древних людей с предками современных людей идет вполне корректная фраза о том, что возможны и другие сценарии.
Соответствие филогении генов и филогении видов рассмотрено в одном из разделов отличной статьи Абрамсон Н.И. Филогения: итоги, проблемы, перспективы. Вестник ВОГиС, 2007, Том 11, № 2 307 [ссылка]
Вы будете смеяться,но у меня есть знакомый человек, у него выраженые надбровные дуги, и резус-фактор отрицательный. Я всегда думала,что это"наследство"от предков неандертальцев. Какой у них был резус-фактор,по ДНК нельзя определить?! В тексте не прочитала,"многа букафф-ниасилил"...
Рис. 1. Неандерталец и сапиенс. Рисунок Николая Ковалева
Американские и германские палеогенетики изучили распределение фрагментов ДНК неандертальского происхождения в хромосомах 1004 современных людей с разных континентов. Частота встречаемости неандертальских аллелей оказалась понижена в функционально важных участках генома и в Х-хромосоме, а также в генах, работающих в семенниках. Полученные данные говорят о том, что многие неандертальские гены, попавшие в генофонд сапиенсов в результате гибридизации, оказались вредными для наших предков и постепенно отбраковывались отбором в последующие эпохи. Некоторые из этих генов снижали плодовитость мужчин-метисов. Таким образом, между сапиенсами и неандертальцами за время их раздельного существования успела сформироваться частичная репродуктивная несовместимость (постзиготическая изоляция). При этом отдельные неандертальские гены, влияющие на структуру кожи и волос и на работу иммунной системы, наоборот, оказались полезными и поддерживались отбором. Вероятно, эти гены помогли вышедшим из Африки сапиенсам адаптироваться к местному климату.
1. Геном неандертальской женщины из Денисовой пещеры
Данное исследование стало возможным благодаря тому, что в прошлом году Сванте Пяабо и его коллегам удалось очень качественно отсеквенировать ядерный геном неандертальской женщины из Денисовой пещеры.
В 2010 году в 11-м слое Денисовой пещеры, где ранее была найдена фаланга мизинца девочки (из которой удалось извлечь полный геном денисовского человека) и зуб мужчины (из которого был получен митохондриальный геном), археологи нашли проксимальную фалангу пальца ноги — очень массивную, сочетающую признаки неандертальцев и архаичных сапиенсов из пещеры Схул. Косточка была найдена в самой нижней части слоя, поэтому она может быть более древней, чем мизинец денисовской девочки. Из этой косточки Пяабо и его команда тоже сумели извлечь полный ядерный геном (Prüfer et al., 2013. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains).
Как ни удивительно, геном оказался не денисовский, а неандертальский. Правда, ранее на Алтае уже были зарегистрированы неандертальцы, но присутствие двух видов людей в одной пещере и даже в одном и том же археологическом слое не может не удивлять. Впрочем, вряд ли неандертальцы и денисовцы ходили друг к другу в гости: скорее всего, они разминулись на несколько тысячелетий. Одна из правдоподобных датировок, основанная на молекулярных часах, дала возраст 50–54 тысяч лет для двух денисовцев и 64–68 тысяч лет для неандертальской женщины. То, что это именно женщина, определили по отсутствию фрагментов Y-хромосомы и по наличию двух вариантов Х-хромосомы.
Хорошая сохранность ДНК позволила отсеквенировать этот геном намного качественнее, чем прочтенные ранее геномы хорватских неандертальцев и отсеквенированный вчерне специально для данной публикации геном неандертальца из Мезмайской пещеры на Кавказе. Это важнейшее достижение, благодаря которому стал возможным гораздо более детальный анализ генетической эволюции человеческого рода (рис. 2).
Рис. 2. Эволюционные деревья человеческих популяций, основанные на митохондриальной ДНК (a) и полных геномах (b). Toe phalanx — неандертальская женщина из Денисовой пещеры, Mezmaiskaya, Feldhofer, Sidron, Vindija — другие неандертальцы, Denisovan — денисовцы, San — бушмен, Yoruba — йоруба (западноафриканская народность), Han — китаец, Papuan — папуас, French — француз, Karitiana, Mixe — индейские народности из Бразилии и Мексики. а — дерево, основанное на митохондриальной ДНК. Денисовская мтДНК далеко отстоит от всех остальных. b — дерево по ядерным геномам, показывающее, что денисовцы на самом деле являются родственниками неандертальцев (они ближе к неандертальцам, чем к нам). Это значит, что мтДНК денисовцев, скорее всего, чужая, интродуцированная. Рисунок из статьи Prüfer et al., 2013. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains
Анализ всех прочтенных древних геномов подтвердил привнос неандертальских генов в генофонд сапиенсов, вышедших из Африки. Подтвердился и поток денисовских генов в генофонд сапиенсов — предков папуасов и австралийцев. В генах коренных африканцев, живущих к югу от Сахары, практически нет неандертальских и денисовских примесей (возможно, за исключением масаев, в чьих генах недавно нашли небольшой неандертальский «след»).
Неандертальцы, скрещивавшиеся с нашими предками, были ближе всего к индивиду из Мезмайской.
Обнаружился также очень небольшой приток генов от алтайских неандертальцев к денисовцам. Денисовцы получили от неандертальцев, в частности, несколько генов, связанных с иммунной защитой. Кроме того, оказалось, что денисовцы получили заметное количество генетического материала от архаичных гоминид (видимо, от Homo erectus), отделившихся от общих предков сапиенсов, неандертальцев и денисовцев примерно миллион лет назад (рис. 3). Напрашивается предположение, что денисовцы (а также гейдельбергские люди из Сима де лос Уэсос) получили из того же источника и свою мтДНК.
Небольшая денисовская примесь обнаружилась у современного населения Восточной Азии. Возможно, это результат гибридизации предков азиатов с денисовцами, но в принципе это может быть и следствием их гибридизации с предками австралийцев и папуасов, которые до этого успели гибридизоваться с денисовцами.
Неандертальская женщина из Денисовой пещеры — дитя инцеста. Об этом свидетельствует присутствие во всех ее хромосомах длинных участков с нулевым уровнем гетерозиготности, разделенных участками с более высокой гетерозиготностью. Ее родители имели около 25% идентичных генов. Это значит, что они были родственниками на уровне единоутробных брата и сестры (имели одну мать и разных отцов). Они могли быть также дядей и племянницей, тетей и племянником, дедом и внучкой или бабкой и внуком.
Анализ древних геномов также показал, что численность популяции неандертальцев, как и денисовцев, была низкой по сравнению с численностью современных им сапиенсов. По-видимому, предки неандертальцев и денисовцев, выйдя из Африки и расселившись по Старому Свету, отнюдь не процветали. Их было мало, они жили мелкими разрозненными группами, женились на близких родственниках и пожирали друг друга. Уже только за счет своей малочисленности неандертальцы и денисовцы проигрывали сапиенсам заочную эволюционную гонку. Ведь в маленьких популяциях отбор работает не так эффективно, как в больших: в маленьком генофонде полезные мутации накапливаются медленнее, а вредные — быстрее.
Тем временем предки сапиенсов в Африке отъедались и плодились, а когда они вышли оттуда и устремились на просторы Евразии, то и тут продолжали процветать. Может быть, они едва замечали жалкие группки «выродков», попадавшихся кое-где на занимаемых сапиенсами новых территориях и вскоре исчезавших бесследно. Но эпизодическая гибридизация все же была, хотя и редко. Пожалуй, удивительно здесь не то, что она была, а то, что она была такой небольшой. Это указывает на существование каких-то серьезных репродуктивных барьеров.
Авторы составили список генетических изменений, закрепившихся у наших предков после отделения от предков неандертальцев и денисовцев. Список получился не очень длинный: в него попало всего 96 аминокислотных замен в 87 белках и порядка трех тысяч изменений в важных регуляторных областях. Однако среди изменившихся генов повышен процент связанных с развитием мозга (в частности, изменения затронули гены CASC5, KIF18A, TKTL1, SPAG5, VCAM1).Таким образом, есть основания полагать, что мозг и мышление у сапиенсов были устроены не совсем так, как у неандертальцев и денисовцев.
2. Неандертальский след в наших генах
Спеша использовать новые возможности, открывшиеся с появлением качественного неандертальского генома, Сванте Пяабо и его коллеги просканировали геномы 1004 современных людей в поисках неандертальских примесей. Для этого была разработана специальная компьютерная программа, оценивающая вероятность неандертальского происхождения любого выбранного участка генома на основе комплексного использования нескольких групп данных. Программа анализировала по отдельности каждый однонуклеотидный полиморфизм (нуклеотидную позицию, в которой у разных индивидов могут быть разные нуклеотиды), учитывая распределение «примитивных» (как у общего предка людей и шимпанзе) и «продвинутых» (изменившихся) аллелей.
Если у данного индивида имеется такой же продвинутый аллель, как у неандертальца, причем у 176 людей из народности йоруба (западная Африка) в этом месте хромосомы находится примитивный аллель, то это довод в пользу того, что наш индивид унаследовал свой аллель от неандертальцев.
Еще один возможный довод — большее сходство данного отрезка ДНК с неандертальскими, чем с африканскими последовательностями. Программа учитывала и другие данные, такие как длина предполагаемого участка, унаследованного от неандертальцев (дело в том, что за 37–86 тысяч лет, прошедших, по оценкам исследователей, с момента гибридизации, неандертальские участки ДНК, проникшие в генофонд внеафриканских сапиенсов, должны были благодаря кроссинговеру искрошиться на кусочки с вполне определенным распределением длин). Авторы «обучили» свою программу на компьютерных моделях и убедились, что она выдает достоверные результаты, почти не зависящие от таких нюансов, как колебания численности изучаемых популяций.
В результате удалось оценить долю неандертальских фрагментов в каждом участке ДНК (анализировались непересекающиеся участки длиной 100 тысяч пар оснований) каждого из 1004 современных геномов. Авторы приводят несколько дополнительных аргументов в пользу того, что полученные результаты достоверны. Например, когда они использовали вместо высококачественного алтайского генома геном хорватского неандертальца, прочтенный менее точно, результаты получились очень похожие. Кроме того, в геномах двух восточноафриканских народностей (не йоруба) доля неандертальских заимствований оказалась на порядок меньше, чем у любой из внеафриканских популяций (фактически это примесь на уровне статистического шума).
Оказалось, что неандертальские примеси распределены по хромосомам внеафриканских сапиенсов довольно неравномерно. В некоторых участках геномов азиатов и европейцев неандертальский вклад достигает 62–64%, тогда как в других он полностью отсутствует. Авторы попытались найти какие-то общие особенности у тех участков генома, где доля неандертальских примесей особенно высока (это может указывать на действие положительного отбора, поддержавшего те заимствованные у неандертальцев аллели, которые оказались для сапиенсов полезными).
Выяснилось, что сапиенсам, скорее всего, пригодились некоторые неандертальские гены, влияющие на строение волос и кожи (в том числе связанные с формированием кератиновых филаментов в эпителиальных клетках, см. цитокератины). Это могло быть связано с адаптацией теплолюбивых выходцев из Африки к местным условиям. Кроме того, отбор в популяциях сапиенсов поддержал ряд неандертальских генов, связанных с иммунной системой.
Но это — не самый интересный результат обсуждаемой работы. Главное достижение авторов в том, что они обнаружили комплекс фактов, указывающих на частичную репродуктивную несовместимость неандертальцев и сапиенсов. Судя по всему, большая часть привнесенного неандертальского генетического материала оказалась для сапиенсов не полезной, а вредной. Чужеродные гены «не вписались» в сапиентный генетический контекст и снизили приспособленность гибридного потомства. Естественный отбор в последующие эпохи постепенно отбраковывал эти неудачные заимствования. По расчетам авторов, сразу после гибридизации доля неандертальских генов у вышедших из Африки сапиенсов составляла не менее 3%. К настоящему времени она снизилась под действием очищающего отбора примерно до 2%. У азиатов эта «очистка» протекала несколько медленнее — вероятно, из-за различий в численности популяций (генетики предполагают, что в глубокой древности предки современных европейцев были многочисленнее, чем предки современных азиатов, а в больших популяциях очищающий отбор работает эффективнее). Впрочем, не исключена вероятность повторных эпизодов гибридизации предков азиатов с неандертальцами.
Другое название пониженной приспособленности гибридов — частичная постзиготическая репродуктивная изоляция. Ее формирование — ключевой этап видообразования. Гены, вступающие в конфликт при гибридизации, называют «генами видообразования».
На чём же основан вывод о частичной репродуктивной несовместимости неандертальцев и сапиенсов?
Во-первых, у современных европейцев, азиатов и коренных американцев доля сохранившихся неандертальских фрагментов оказалась максимальной в наименее важных с функциональной точки зрения участках генома (там, где меньше всего работающих генов и регуляторных последовательностей). Наоборот, в самых важных участках генома неандертальских примесей обнаружилось меньше всего (рис. 4). Из некоторых важных участков неандертальские заимствования были полностью вычищены отбором. Такая картина в точности соответствует тому, чего следует ожидать при скрещивании популяций, разделенных постзиготическим репродуктивным барьером.
Рис. 4. Доля неандертальских примесей (по вертикальной оси) отрицательно коррелирует с функциональной важностью участков генома. По горизонтальной оси отложен показатель, отражающий насыщенность данного участка генома функционирующими генами и регуляторными элементами (1 — наиболее важные участки, 5 — наименее важные). Красные линии — европейцы, синие — азиаты, сплошные — аутосомы, пунктирные — Х-хромосома. Рисунок из обсуждаемой статьи Sankararaman et al., 2014
Во-вторых, неандертальских заимствований в Х-хромосоме оказалось намного меньше, чем в аутосомах. Дело в том, что при отдаленной (в том числе межвидовой) гибридизации конфликт между двумя несовместимыми генами особенно сильно проявляется в том случае, если один из них находится на Х-хромосоме. Как правило, такой конфликт снижает приспособленность гибридных самцов, у которых Х-хромосома только одна. Это справедливо для млекопитающих и других животных, у которых самцы имеют две разные половые хромосомы (XY), а самки — две одинаковые (XX). Если же гетерогаметным полом (имеющим две разные половые хромосомы) является женский, как у птиц и бабочек, то всё наоборот: в этом случае отдаленная гибридизация угрожает в первую очередь здоровью гибридных дочерей, а не сыновей.
Пониженная доля неандертальских фрагментов в Х-хромосомах современных людей указывает на то, что мужчины смешанного сапиентно-неандертальского происхождения, по-видимому, обладали низкой приспособленностью, то есть оставляли в среднем меньше потомства по сравнению с чистокровными конкурентами.
Снижение приспособленности могло проявляться в нарушениях сперматогенеза, как это часто бывает при межвидовой гибридизации у животных. Чтобы проверить эту гипотезу, авторы сравнили количество неандертальских заимствований в генах, экспрессирующихся (работающих) в разных тканях человеческого организма. В полном соответствии с ожиданиями авторов, неандертальских аллелей оказалось меньше всего в генах, избирательно экспрессирующихся в семенниках. Стало быть, гибридизация действительно ударила по мужской репродуктивной функции, а отбор впоследствии выбраковывал из генофонда внеафриканских сапиенсов неандертальские примеси, негативно влияющие на производство сперматозоидов.
Таким образом, за несколько сотен тысячелетий, в течение которых сапиенсы и неандертальцы жили изолированно в Африке и Евразии, они успели накопить множество несовместимых аллелей — «генов видообразования». Это затруднило последующую гибридизацию, сделав их фактически разными видами (а не расами или подвидами, как считали многие антропологи).
Авторы подчеркивают, что данный результат резко контрастирует с полным отсутствием каких бы то ни было признаков генетической несовместимости между современными человеческими популяциями, даже разошедшимися довольно давно: например, между европейцами и черными африканцами. Если бы генетическая несовместимость между разобщенными популяциями нарастала с постоянной скоростью, то число несовместимых аллелей у двух упомянутых популяций составляло бы не менее 20% от их числа у неандертальцев и сапиенсов. Такой уровень несовместимости легко выявлялся бы современными генетическими методами, однако специальные исследования ничего подобного не выявили. Репродуктивная совместимость у черных африканцев с европейцами практически полная. Очевидно, дело в том, что несовместимость нарастает не равномерно, а с ускорением, подобно снежному кому — в полном соответствии с гипотезой, высказанной еще 70 лет назад великими генетиками Ф. Добжанским и Г. Мёллером.
Если коротко - гибриды сапиенса и неандертальца оказались неконкурентоспособны. Генетический материал, привнесенный неандертальцем, был браком и со времен вычистился из наших генов, за некоторым исключением (волосы, кожа, иммунная система).
Американские ученые воспользовались особым методом для определения архаичных генов. Из кусочков древних реликтов в генетических последовательностях современных людей ученым удалось собрать примерно 20% неандертальского генома. У азиатского населения доля неандертальского наследия несколько выше, чем у европейцев. Некоторые гены, унаследованные от неандертальцев, оказались адаптивными для людей современного типа, при этом одни подошли европейцам, а другие азиатам. Это гены, связанные со свойствами кожи. Опробованный метод позволяет выявлять генетические реликты без сопоставления с ископаемыми геномами, как это было проделано с уже прочтенным геномом неандертальцев. С этой точки зрения опробованный метод видится исключительно перспективным.
Споры о том, скрещивались ли сапиенсы с неандертальцами или нет, начались задолго до прочтения генома неандертальцев и даже задолго до самой возможности это проделать. Этот вопрос решался разными способами, начиная от сравнения распределения во времени и пространстве остатков тех и других и поиска морфологических признаков смешения в скелетах и заканчивая философскими рассуждениями о критериях сексуальной привлекательности. После разработки методов прочтения генома современных людей и существенного удешевления самого процесса естественно появилась идея поискать в геномах современных людей неандертальские реликты. И такие методы действительно разрабатывались. К сожалению, до прочтения генома неандертальца — этого блестящего научного результата — нельзя было проверить надежность и действенность разработанных методов. Теперь это стало возможно.
Прочтение генома неандертальцев показало, что люди современного типа, мигрировавшие из Африки, скрещивались с неандертальцами. В результате 1–3% генома современных неафриканцев — это гены неандертальцев. Но у каждого современного индивидуума присутствуют несхожие неандертальские аллели. Если все эти аллели сложить вместе, то соберется, конечно, не целый геном неандертальца, но внушительная его часть; что-то вроде «с миру по нитке — голому рубашка». Недавно были опубликованы результаты подобной работы, в которой ученым удалось суммировать весь полиморфизм, который можно было отнести к неандертальским реликтам. Проделывалось это, если опустить подробности, так. Была создана выборка из геномов 1004 человек. Подозрительные участки геномов с полиморфизмами сравнивались с неандертальской последовательностью. Те полиморфизмы, которые оказывались похожи (с определенным статистическим согласием) на неандертальские, считались привнесенными при скрещиваниях. Иными словами, для такой процедуры требовалась библиотека генов неандертальцев.
Теперь вернемся на несколько лет назад, когда прочтение генома древних людей было еще только в проекте, но с геномами современных людей уже научились эффективно работать. Тогда, в 2006 году, была предложена методика выделения из геномов современных людей архаичных элементов (описана в статье V. Plagnol, J. D. Wall, 2006. Possible Ancestral Structure in Human Populations). Она основывалась на выявлении полиморфизмов, для которых последний общий предок имел более древний возраст, чем для основной массы последовательностей. Эти архаичные элементы считались неандертальскими. Бенджамин Верно и Джошуа Аки c Отделения геномных исследований Вашингтонского университета решили повторить эту работу на большой выборке современных людей (665 современных геномов), проверив, действительно ли таким образом выявляется неандертальская составляющая. Библиотека генов неандертальцев понадобилась авторам для того лишь, чтобы проверить надежность метода.
Верно и Аки работали с геномами европейцев и азиатов; геном африканцев (из народа йоруба) использовался для выявления специфичных, неафриканских элементов. Они выявили массив архаичных участков геномов, которых не было у йоруба. Эти участки показали хорошее согласие с имеющейся библиотекой неандертальских последовательностей. В результате полученный массив архаичных элементов покрыл примерно 20–30% генома неандертальцев.
В соответствии с прежними результатами удалось подтвердить, что европейцы несут немного меньше неандертальских генов, чем азиаты (рис. 2). При этом у каждой из рас имеются и общее неандертальское наследие, и специфические неандертальские гены.
Рис. 2. Количество неандертальских последовательностей на одного современного человека; частотное распределение (ширина и форма полосы) рассчитывалось для разных групп населения: ТС (тосканцы, Италия, 98 человек), ИБ (иберийцы, Испания, 14 человек), СЕП (североамериканцы европейского происхождения, 85 человек), БШ (британцы и шотландцы, 89 человек), ФИ (финны, 93 человек), ЮХ (хань, южный Китай, 100 человек), СХ (хань, Пекин, северный Китай, 97 человек), Я (японцы, Токио, 89 человек). Круги показывают число общих и специфичных неандертальских последовательностей для европейцев и азиатов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Неандертальские гены в геноме современных людей, как было показано раньше, чаще вредны. Поэтому число их, по-видимому, сокращается. Некоторые участки генома, ответственного, например, за размножение и плодовитость, не содержат вовсе неандертальских участков. Большинство неандертальских аллелей имеют низкую частоту, но есть и такие, у которых частота резко повышена (рис. 3). Это означает, что они были поддержаны отбором, потому что, так или иначе, повышали жизнеспособность индивидов и вероятность оставить крепкое потомство. Таких генов немного, но они легко выявляются из общей массы аллелей. Эти полезные неандертальские заимствования разделяются на три группы: с высокой частотой у европейцев и азиатов, с высокой частотой у азиатов и низкой у европейцев, с высокой у европейцев и низкой у азиатов. Первая группа была полезна для обеих рас, а две другие — только для одной из них. Авторы обратили внимание на подобные гены: BNC2 у европейцев и POU2F3 у азиатов. BNC2 расположен на хромосоме 9 и экспрессируется в кератиноцитах, его частота у европейцев достигает 70% и он не встречается у азиатов. POU2F3 расположен на 11 хромосоме, встречается у 66% азиатов и лишь у 1% европейцев. Он кодирует транскрипционный фактор, который связан с делением и работой кератиноцитов. Эти примеры дают представление о путях эволюции нашего человеческого облика.
Рис. 3. Частоты неандертальских генов у азиатов и европейцев: синим цветом отмечены те, которые имеют, по всей видимости, адаптивное значение и у азиатов, и у европейцев (верхняя правая четверть), а красным — только у одной из рас (нижняя правая четверть и верхняя левая четверть). Серым цветом отмечены гены с низкой частотой, вероятно, не имеющие адаптивного значения. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Авторы смоделировали различные демографические сценарии скрещивания неафриканского населения с неандертальцами: однократное скрещивание, двукратное, многократное, при разных численностях скрещивающихся популяций. Результатом моделирования было количество неандертальских генов у европейцев и азиатов, которое сравнивалось с реальными данными. Моделирование показало, что, скорее всего, неандертальцы скрещивались с неафриканским населением не один раз. Этот результат был устойчив к различным показателям численности популяции и эффективности размножения. Ученые предполагают, что было по крайней мере два эпизода, оставивших след в современном человеческом геноме. Сначала была продуктивная встреча неандертальцев с древнейшей линией неафриканских сапиенсов, а позже, уже после разделения европейцев и азиатов, — с азиатским населением.
Данную работу следует особо выделить из-за ее очевидной перспективности. Ясно, что опробованный метод позволит увидеть не только неандертальские гены и их судьбу в геноме современных людей, но и те гены, которые остались нам в наследство от других представителей Homo. Найдутся ли такие?
религии, религия, каменный век и 3 еще...
