Неандертальцы, ближайшие родственники современного человека в эволюционном смысле, вымерли много тысячелетий назад. Но из-за скрещивания между двумя популяциями, происходившего около 55 тысяч лет назад, отголоски давно угасшего рода остаются в генетическом материале людей, здравствующих в наши дни. Ранее ученые предполагали, что последовательности ДНК неандертальцев постепенно исчезали из генома человека в течение последних 45 тысяч лет. Однако новое исследование, опубликованное на прошлой неделе в журнале Академии Наук США (PNAS), гласит, что ДНК неандертальцев пропадала в генах современного человека лишь ненадолго, однако оставалась неизменной впоследствии.
ДНК неандертальцев составляет примерно 2% генома современного человека неафриканского происхождения (исследователи полагают, скрещивание неандертальцев с современными людьми произошло уже после их миграции из Африки). Существует гипотеза, что некоторые фрагменты ДНК неандертальцев современному человеку оказались вредны — и поэтому из генома наших предков исчезли. Так, продолжительные отрезки современной ДНК, в том числе особенно богатые генами, полностью лишены неандертальского «следа».
Однако свидетельства малочисленности популяции неандертальцев по сравнению с человеческой навели исследователей на предположение, что в геноме неандертальцев накапливались вредоносные варианты, впоследствии вытесненные из генома крупных популяций с большим генетическим разнообразием. «Естественный отбор в небольших популяциях действует слабее», — объясняет Бенжамен Верно (Benjamin Vernot), популяционный генетик из Института эволюционной антропологии имени Макса Планка и один из соавторов последнего исследования. «Так что в генах у среднего неандертальца было больше дурных мутаций, чем у современного человека».
Хотя исследования в целом подтверждают гипотезу, что геном современного человека всякие нежелательные следы неандертальской ДНК утратил, как именно происходил этот процесс, остается неясным.
По словам Верно, исследование его команды строилось на двух других — одно экспериментальное, другое теоретическое — которые пришли к противоречивым выводам. В статье в журнале «Нейче» (Nature) за 2016 год за сообщалось о непрерывном процессе утраты ДНК неандертальцев европейскими популяциями человека на протяжении 45 тысяч лет. В основу статьи коллективного авторства более 60 ученых (трое из которых впоследствии приняли участие в исследовании Верно) легло изучение генетического материала 51 древнего евразийца.
В другом исследовании, чьи результаты были опубликованы в том же году в журнале «Дженетикс» (Genetics), другая команда ученых попыталась смоделировать, что произошло бы, если бы неандертальцы продолжали накапливать генетические мутации намного быстрее современного человека. Опыт показал, что вместо предполагаемого постепенного исчезновения количество ДНК неандертальцев в геноме современного человека резко сократилось бы на протяжении первых 10-20 поколений после интенсивного скрещивания (что заняло бы менее 1 000 лет), после чего у последующих поколений осталось бы неизменным.
Верно и его коллеги решили выяснить, можно ли объяснить постепенное снижение ДНК неандертальцев в древнем евразийском геноме при помощи иной модели естественного отбора. «Мы перебрали массу вариантов, но ничего не сработало, — объясняет Верно. — Мы уже сходили с ума, пытаясь смоделировать долгосрочное снижение. Ведь именно на это указывают данные».
В конце концов, команда решила начать все с начала и провела повторный анализ самого древнего генома. Там-то они и обнаружили загвоздку — в статистике, на которой опиралось исследование из журнала «Нейче». Данные, на чьей основе высчитывалось доля генов неандертальского происхождения у современных людей, включали в себя ряд допущений — так, предусматривалось отсутствие миграции среди популяций. Тогда команда Верно проанализировала данные без каких бы то ни было допущений, добавив геном неандертальца, чья характеристика была составлена в 2017 году, — и не обнаружила в генетическом материале неандертальского происхождения никаких изменений за последние 45 тысяч лет.
«Это исследование — поучительная история о том, что нельзя забывать про миграцию, ведь она влияет на ваши выводы, даже не являясь предметом вашего изучения», — объясняет Келли Харрис (Kelley Harris), популяционный генетик из Вашингтонского университета и соавтор исследования в «Дженетикс». В исследовании Верно она участия не принимала.
В последующем анализе исследователи обнаружили, что оптимальной моделью, наилучшим образом подходящей для заново проанализированных данных, оказалась та, в которой фрагменты ДНК неандертальцев быстро исчезали из генома современного человека в течение примерно 10 поколений после скрещивания. Иными словами, процесс исчезновения занял не десятки тысяч лет — как это и предполагали авторы исследования из журнала «Дженетикс». Однако Верно предупредил, что гипотеза еще не подтверждена окончательно, так как образчики ДНК людей, появившихся на свет непосредственно после скрещивания, еще только предстоит обнаружить.
Марк Липсон (Mark Lipson), сотрудник генетической лаборатории Дэвида Райха при Гарвардской медицинской школе (в исследовании он не участвовал, однако упоминается в разделе благодарностей) признает, что статья «наводит на размышления». Однако, хотя она и заставила его усомниться в том, что гены неандертальцев исчезали постепенно, полностью она его не переубедила. Липсон, один из соавторов публикации в журнале «Нейче», считает, что для окончательного опровержения первоначальной гипотезы необходим более глубокий анализ — и, возможно, дополнительные образцы ДНК.
Команда Верно также использовала обновленную статистику для прогнозирования изменений во фрагментах неандертальской ДНК в различных частях генома современного человека с течением времени. Исследование показало крайне незначительное истощение. При этом потеря была наиболее заметна в регуляторных последовательностях — а они составляют менее 1% генома. По мнению Верно, полученные данные хорошо сочетаются с предыдущими исследованиями, которые показали, что неандертальские последовательности в генах, связанные с болезнями, у современных людей часто приходятся как раз на регуляторные области генов. Чтобы выяснить, исчезли ли они в связи со своей вредоносностью, необходимы дополнительные исследования, считает он. «Мы до сих пор не представляем, почему это коснулось в первую очередь регуляторных последовательностей. Будет интересно продолжить исследования», — заключил Верно.