Діаграма, на якій схематично показано головні результати дослідження.
Завдяки роботі палеогенетиків вчені вже мають два повні геноми неандертальців і один денисівський. Крім того, ми знаємо, що у сучасних людей, за винятком африканців, є приблизно 2% неандертальської домішки. І ще близько 5% денісівської ДНК виявили у жителів Океанії.
Наприкінці 2016 року група генетиків заявила, що, за їхніми даними, крім денісівських і неандертальських генетичних варіантів, у папуасів є сліди метисації з невідомою популяцією гомінін, спорідненим денисівцям. Втім, такий результат цілком логічний - адже денисівська людина відома за геном з єдиної печери на Алтаї. Предки меланезійців напевно змішувалися з якоюсь іншою популяцією денисівців, генетичний «автограф» якої, звичайно, має свої відмінності.
Автори нової статті в журналі Cell продовжують вивчати генетичну спадщину архаїчних людей у геномах сучасного людства. Існує два підходи до пошуку генетичних слідів метисації. Якщо нам вдалося витягти з викопних останків ДНК - можна порівнювати його з сучасними геномами, звертаючи увагу на збіги, які важко пояснити, якщо метисації не було.
Є й другий підхід, без використання стародавньої ДНК. Дослідники аналізують велику кількість сучасних геномів статистичними методами і шукають фрагменти з незвичайними характеристиками, які видають «інтрогресовану» ДНК. Використовуючи такий підхід, дослідники, наприклад, наткнулися в 2011 році на сліди змішання сучасних людей з якимись невідомими гомінінами в Африці.
Враховуючи, що метисація з неандертальцями і денисівцями - відносно недавні події, в нашій ДНК повинні зберегтися не такі вже маленькі фрагменти стародавніх геномів, довжиною близько 50 кілобаз (тисяч пар нуклеотидів).
Геноми різних людей збігаються не повністю. У деяких точках послідовностей ДНК у різних людей можуть бути різні букви. Це називається «однонуклеотидний поліморфізм», або «знип» (від англійської SNP, single nucleotide polymorphism). Маркерами неандертальської ДНК в геномі сучасної людини є специфічні неандертальські знипи. Вони оточені послідовностями, що не відрізняються від сапієнсних, але, імовірно, теж прийшли в наш геном від неандертальців. Справа в тому, що знип сам по собі не переходить з одного геному в інший. Він завжди включений до складу фрагмента ДНК певної довжини. У кожному поколінні, в результаті рекомбінації батьківської та материнської хромосом, цей фрагмент укорачивається з певною ймовірністю. Чим коротший фрагмент, тим нижче ймовірність, що рекомбінація відбудеться всередині нього. Іноді фрагмент може навіть «відновлюватися», якщо «склеюються» фрагменти, що дісталися від батьків, у яких був загальний предок. Ймовірність того, що рекомбінація відбудеться всередині фрагмента розміром 50 кілобаз, приблизно 0,0005 за покоління, тобто один раз приблизно в 2000 поколінь. Якщо прийняти одне покоління за 20 - 25 років, то отримаємо, що даний фрагмент не піддавався рекомбінації останні 40 - 50 тисяч років, тобто приблизно з часу, коли сапієнси зустрілися з неандертальцями.
Дослідники розробили більш досконалий метод пошуку таких фрагментів у геномах сучасних людей. Перевірка на серії модельних експериментів показала, що метод знаходить приблизно половину привнесених в результаті метисації сегментів ДНК (непойманні сегменти занадто короткі, а специфічних мутацій в них занадто мало). Автори методики використовували вільно поширюваний пакет програм SPrime, що показав високу ефективність і швидкість роботи: наприклад, аналіз повних геномів 4000 індивідів зайняв лише 4 години на комп'ютері з процесором 2,6 ГГц.
За допомогою цієї методики вчені знайшли ділянки ДНК «архаїчного походження» у представників 20 неафриканських популяцій. А потім результати зіставили з відомими стародавніми геномами - алтайського неандертальця і денисовця (обидва геноми походять з Денисової печери).
Матеріал для аналізу брали з бази даних проекту «1000 геномів». Вибірка з кожної популяції склала близько 100 осіб (правда, мексиканців було 64, а папуасів всього 15). У сумі за всіма геномами набралося 1,36 гігабаз (Гб) ДНК ймовірно архаїчного походження, від 382 Мб у перуанців до 655 Мб у бенгальців. Найдовший фрагмент привнесеної ДНК становив 7,9 Мб. У східних азіатів відсоток домішки виявився вищим, ніж у європейців. Це підтверджує припущення про те, що після метисації з предками всіх неафриканців неандертальці змішувалися з предками монголоїдів ще раз.
У папуасів прийміться архаїчної ДНК виявилася особливо висока, в середньому - більше 80 Мб на людину (для порівняння, весь людський геном - це 3 Гб, а, наприклад, 21-а хромосома в довжину становить всього 48 Мб).
Потім виявлені імовірно архаїчні сегменти ДНК порівняли з відомими геномами алтайського неандертальця і денисівця.
У кожній популяції вчені виявили багато сегментів, добре (на 80%) збігаються з неандертальськими і на 20% - з денисовськими. Ймовірно, це і є ділянки ДНК, що дісталися сучасним людям від неандертальців. А звідки 20% збіги з денисівським геномом? Адже так і неандертальці з денисівцями рідня, тому частина специфічних архаїчних алелей у них загальна.
У кожній популяції знайшлося і небагато сегментів, не схожих ні на неандертальські, ні на денисовські - чи то це помилка методики, чи то слід від когось, невідомого науці!
У азіатів і папуасів, на відміну від європейців, є великий кластер сегментів, добре збігаються з денисівським геномом. Так генетики ще раз переконалися, що денисівці змішувалися з предками азіатів і меланезійців. Втім, маленька примісь денісівської ДНК виявилася в американських груп і навіть у фінів. Ймовірно, це тому, що в генофонд фінів свій невеликий внесок (7%) зробили вихідці з Азії. Середня кількість архаїчної ДНК у індивідів кожної з популяцій (мегабаз). Зеленим неандертальська ДНК, помаранчевим - денисівська, блакитним - невстановленого походження. Зверніть увагу на останню сходинку - папуаси перевершують всіх за розміром привнесених в результаті метисації фрагментів ДНК.
А ось вже дуже цікавий результат: вчені побачили, що тільки у трьох японських і в однієї китайської популяції «денисівські» сегменти чітко діляться на 2 групи. Приблизно одна третина сегментів збігається з денисівською послідовністю на 80%, а інша частина - тільки на 50%. Дослідники про всяк випадок перевірили, чи не змішує карти присутність неандертальської ДНК, і повторили аналіз, виключивши специфічні неандертальські генетичні варіанти - але прийшли до того ж результату: 2 групи сегментів - високої (80%) і середньої (50%) схожості з денісівським геномом у японців і китайців. У південних азіатів і папуасів картина інша, у них переважна частина імовірно денисівської спадщини має середню (50%) схожість з референсним геномом з Алтаю. Здається, це дуже нагадує результат 2016 року, згідно з яким папуаси змішувалися не з самими алтайськими денисовцями, а з якимись їхніми родичами. При цьому у східних і південних азіатів відсоток денисівської домішки приблизно однаковий, тоді як у папуасів він помітно вищий.
Як все це пояснити? Найпростіше - двома «серіями» метисації з різними групами денисівців. Наприклад так: після того як предки папуасів відокремилися від азіатів, вони змішувалися з кимось, що був у не дуже близькій спорідненості з денисовцями Алтаю. Вже потім ця примеся просочилася до інших азіатів в результаті міграції. Незалежно від цього предки східних азіатів, після відокремлення від азіатів південних, змішалися з популяцією, дуже спорідненою алтайським денисівцям. Ось така чехарда, і це не єдиний можливий сценарій.
Дослідники спробували встановити хронологію подій, для чого порівнювали довжину архаїчних ділянок ДНК у різних людей, але ця різниця виявилася недостатньою для певних висновків. Швидше за все, змішання з неандертальцями і з денисівцями відбувалися в різний час, але в якому порядку - поки що невідомо.
До речі, такий же аналіз не дозволив виявити окремі хвилі метисації з неандертальцями: всі сегменти неандертальського походження однаково схожі на геном алтайського неандертальця. Дослідники підсумовують: якщо була друга хвиля змішання неандертальців і східних азіатів, то неандертальські популяції обох хвиль повинні перебувати в близькій спорідненості.
Нарешті, дослідники провели пошук архаїчних алелей, які виявилися корисними сучасним людям. Пошук ознак позитивного відбору вивів вчених на вже відомі області геному, пов'язані з пігментацією шкіри і волосся, а також з імунітетом. Але вдалося знайти і дві нові ділянки ДНК неандертальського походження, що впливають на імунітет. Судячи з усього, неандертальська спадщина дійсно допомагала нашим предкам боротися з новими патогенами, що зустрілися їм на просторах Євразії.
Що додати? Як говорилося вище, крім неандертальських і денисівських сегментів, в геномах людей знайшлися ділянки невідомого походження. У середньостатистичного папуаса таких невизначених сегментів набирається більше 20 Мб. Автори пишуть, що ймовірна причина їх появи - ложноположний результат, похибка методики. А може, все-таки, це прийметься когось ще?
Щоб відповісти на це питання, потрібно більше повних геномів неандертальців, денисівців та інших стародавніх людей. Тоді і зросте точність методу.
Автор дякує Костянтину Лєскову за допомогу в роботі над текстом.