Зміни форми черепа, пов'язані з NeanderScore. Зліва - зв'язки між формою черепа і відсотком неандертальських сніпів у сучасних людей. Морфологічні зміни накладені на усереднену модель черепа. «Теплові» кольори відображають області, в яких NeanderScore корелює зі змінами (виступами) черепа. Справа - відмінності між неандертальськими і сапієнтними черепами. Червоні області - виступи неандертальського черепа відносно сапієнтного, зелені - зниження.
Якщо когось називають неандертальцем, то це - прозорий натяк на погані манери, а можливо - на не надто витончену статуру. Однак відтоді, як ми дізналися, що в наших жилах тече трохи неандертальської крові, стало модним говорити, що всі ми (крім африканців) на 2% неандертальці. Численні гостряки навіть говорили, що деякі - судячи з їхньої зовнішності - неандертальці більшою мірою, ніж інші. Звичайно, генетики, які вивчали неандертальський внесок у біологію сучасної людини, досі не з'ясували, чи впливають стародавні варіанти генів на будову нашого тіла. Фахівці писали про особливості обміну речовин, про схильність до деяких захворювань... Але вже точно не про форму голови. Адже ще давним-давно деякі антропологи відзначали «неандерталоїдність» у будові тіла європейців. Правда, цим обґрунтовували пряме походження сучасних жителів Європи від неандертальців.
Нарешті, американські генетики вирішили пошукати зв'язок між неандертальською спадщиною і будовою черепа, а також, заодно, мозку сучасних людей. І такий зв'язок було знайдено! Про це повідомляється в новій статті в Scientific Reports. Автори вибрали як частину тіла для пошуку «неандерталоїдності» череп, оскільки будовою саме цього елемента скелета неандертальці найбільшою мірою відрізнялися від сучасних людей. Але як знайти таку залежність, якщо досі толком невідомо, які гени і як впливають на форму нашої голови? Дослідники вирішили вчинити наступним чином: взяти групу людей, порахувати відсоток неандертальських варіантів генів для кожного, а далі перевірити: чи не вийде, що у індивідів з більшою «неандертальськістю» в геномі і череп буде за якимись характеристиками ухилятися в бік неандертальців. Наприклад, за загальною довжиною (адже неандертальський череп істотно довший за череп сапієнсу) або за шириною потилиці. А оскільки форма черепа впливає і на форму мозку (пишуть автори), то і будову деяких областей мозку теж варто перевірити на зв'язок з неандертальським внеском у наш геном.
Для дослідження фахівці спочатку отримали ДНК у 223 здорових волонтерів - чоловіків і жінок, які стверджували, що їхні батьки - європейці. Походження добровольців перевірили генетично і відбракували двох, родовід котрих сильно відрізнявся від інших. Потім вчені знайшли 100 156 відомих генетичних варіантів (точніше, однонуклеотидних поліморфізмів - снипів: від англ. Single nucleotide polymorphism, SNP) неандертальського походження, що зустрічаються в даній вибірці сучасних геномів. Для їх визначення використовувалася генетична послідовність неандертальця з Денисової печери - цей геном на сьогоднішній день прочитаний найбільш якісно. Порахували, який відсоток неандертальських сніпів міститься в ДНК кожного університету (цю частку автори називають NeanderScore). Вийшло від 3,9% до 6,5%, в середньому 5,4%. Зауважимо, що це більше, ніж виходило в попередніх дослідженнях - але це тому, що автори використовували іншу методику обчислення неандертальського внеску.
Після цього 146 добровольцям з вибірки зробили МРТ голови і для кожного побудували 3D-модель черепа, а крім того, отримали еталонний череп - усереднену форму для всієї групи.
Потім зіставили форму черепа кожного відступу з цією моделлю (для чого вимірювали відстань між певними точками еталона і аналізованого черепа). Фахівці шукали кореляції між формою черепа і відсотком NeanderScore.
Що вийшло?
Виявилося, що у людей, у яких NeanderScore більше, череп помітно довший, а потилиця ширша. Найбільша залежність форми черепа від неандертальського генетичного внеску виявилася в області лямбдовидного шва, зачіпаючи потиличну і теменну кістку. А адже саме в цих областях неандертальський череп помітно відрізняється від черепа сапієнса!
Після цього автори зайнялися пошуком зв'язку між NeanderScore і будовою мозку добровольців - глибиною борозд і індексом гіріфікації (звивистості) в різних областях кори, який вираховували за допомогою МРТ. За припущенням вчених, такі зв'язки повинні були виявитися в областях, що знаходяться безпосередньо під тими ділянками потиличної і теменної кісток черепа, мінливість яких виявилася в попередньому дослідженні.
Спочатку виміряли глибину борозд, і знайшли позитивну кореляцію NeanderScore з глибиною правої внутрішньотемінної борозни. Зауважимо, що борозда ця знаходиться безпосередньо під областю максимальних змін форми черепа (з попереднього аналізу). У добровольців з високим NeanderScore ця борозда виявилася глибшою.
Другий параметр, який оцінювали, - індекс місцевої гірифікації (local gyrification index, LGI), тобто ступінь звивистості кори. Відомо, що цей параметр сильно змінювався в процесі еволюції. Дослідження показало, що у тих, у кого вище частка неандертальських алелей, зростає і LGI первинної зорової кори правої півкулі, включаючи верхню скроневу борозду. Таким чином, складність і площа поверхні кори мозку зростає разом з NeanderScore.
Крім цього, дослідники шукали зв'язок між часткою неандертальських варіантів і кількістю сірої і білої речовини. І такий зв'язок знайшовся в правій темній частці, в області внутрішньотемінної борозни: відсоток неандертальських варіантів корелював з кількістю сірої і білої речовини. Схожий зв'язок (щоправда, що стосується тільки сірої речовини) знайшли в області первинної зорової кори. А ось в орбітофронтальній корі виявилася зворотна кореляція: чим більше NeanderScore, тим менше білої речовини.
Нарешті, автори дослідження перевірили: які з більш ніж 100 тис. неандертальських снипів, знайдених у вибірці, пов'язані зі структурою мозку і черепа. І знайшли 18 сніданків, розташованих в гені GPR26 (цей ген кодує рецептор, пов'язаний з G-білком, який є «сиротою», тобто, його ліганд невідомий, і експресується в головному мозку). Генетики перевірили і переконалися, що ці знипи потрапляють у ділянку геному ймовірно неандертальського походження.
Отже, автори дослідження стверджують, що показали зв'язок між неандертальськими варіантами генів і «неандерталоїдними» особливостями черепа сучасної людини. Що ще більш важливо, виявлені кореляції з будовою мозку, зокрема, внутрішньотемінної борозни і первинної зорової кори. Ці області сильно еволюціонували в лінії гомінід і відповідають за обробку візуально-просторової інформації. Відомо, що розвиток внутрішньотемінної борозни безпосередньо пов'язаний зі здатністю до гарматної діяльності у людини - «і це робить відкриття ще більш інтригуючим».
А ще, згідно з дослідженнями, розвиток внутрішньотемінної борозни впливає на розпізнавання намірів інших людей і здатність до математичних обчислень.
Неполіткоректненько виходить! У африканців неандертальського внеску немає; що ж у них з розвитком внутрішньотемінної борозни?
«Ми показали, що навіть у контексті сучасного геному, неандертальські знипи асоціюються з особливостями черепа, що відображають неандертальський фенотип, - говориться в статті. - Ця робота не тільки відкриває безпрецедентне вікно в структуру неандертальського мозку, але і демонструє внесок змішання з неандертальцями в еволюцію мозку сучасної людини».
Автори зауважують, що не знайшли зв'язку неандертальських генетичних варіантів з меншим обсягом лобних часток або іншими особливостями, що характеризують неандертальський череп: можливо, їх ефект занадто малий, або такі варіанти генів просто не потрапили в NeanderScore.
І оскільки в дослідженні брали участь тільки європейці, автори вважають за необхідне провести аналогічний аналіз східно-азіатських популяцій, у яких, згідно з даними генетиків, неандертальська домішка вище, а також африканців (у них домішки практично немає).
Отже, якщо результати дослідження підтвердяться, виходить, що вперше знайдені сучасні неандертальські відгомони у зовнішності європейців - висловлюючись словами авторів статті, неандертальське «відлуння».
Правда, виникає кілька запитань до методики дослідження:
- автори багато разів у статті вказують, що зовнішня (!) форма черепа і структурні особливості мозку пов'язані між собою. Віддає якусь френологію. Хочеться запитати у колег-антропологів: чи так це?
- як враховувалася стать добровольців? Адже жіночий череп відрізняється від чоловічого.
- автори дивляться на загальний відсоток неандертальських сніпів у геномах добровольців. Але який відсоток цих знипів пов'язаний з мозком і черепом? У дослідженні вдалося знайти один єдиний ген і 18 SNP (проти 10 тис. неандертальських варіантів). То чи не перевірити вибірку тих самих добровольців на ці конкретні алелі?
Додає Костянтин Лєсков, Ph. D., Case Western Reserve University, Cleveland:
"Треба повністю відсеквенувати 53 kb LD блок на 10-й хромосомі у всіх добровольців (що містить ген GPR26 і, ймовірно, дістався від неандертальців). Генотипування велося чіпом, на якому ці 18 снипів представлені, а чи є там ще мутації в гені GPR26 - ми не знаємо. Наскільки я зрозумів, всі ці 18 сніпів знаходяться в некодуючих ділянках гена.
Повне секвенування дозволить зрозуміти, чи існують мутації в ділянках, що кодують білок GPR26, які можуть конаслідувати і навіть піддаватися відбору в одному кластері з некодуючими неандертальськими снипами.
Як поліморфізм некодуючих сніпів впливає на сплайсинг, стабільність і патерн експресії GPR26 мРНК? Чи є неандертальські мутації в промоторі гена GPR26 і до чого вони призводять?
Судячи з Allen Brain Atlas http://human.brain-map.org/microarray/search, GPR26 широко експресується в корі великих півкуль, не тільки у внутрішньотемінній борозді і практично відсутній в мозочку. Це про щось говорить?
Судячи з даних Fagerberg et al. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24309898/, GPR26 експресується, крім мозку, ще й у насінниках чоловіків: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/2849. Чи існують фізіологічні відмінності чоловіків з неандертальським і сапієнсним варіантами GPR16 в репродуктивній області?
Необхідно визначити, чи є ефект кількості алеля: чи посилюється «неандерталоїдний» фенотип, якщо неандертальський сніп гомозіготний, порівняно з гетерозіготою.
Архіважливо повторити експеримент на африканцях, азіатах, а також на мулатах. Ось чому: Мулатам (нащадкам європейців і африканців) рандомно дістається неандертальський варіант GPR26. Якщо гіпотеза авторів вірна, ми можемо очікувати, що ті мулати, яким дістався неандертальський 53 kb LD блок, на африканському генетичному тлі будуть володіти «неандерталоїдною» структурою мозку і черепа. Таким чином, ми зможемо провести класичний генетичний аналіз родоводу і перевірити, чи конаслідується 53-kb LD блок із зазначеною формою черепа і глибиною внутрішньотемінної борозни ".