Если кого-то называют неандертальцем, то это — прозрачный намёк на дурные манеры, а возможно — на не слишком изящное телосложение. Однако с тех пор, как мы узнали, что в наших жилах течёт немного неандертальской крови, стало модным говорить, что все мы (кроме африканцев) на 2% неандертальцы. Многочисленные остряки даже говорили что некоторые — судя по их внешности — неандертальцы в большей степени, чем остальные. Конечно, генетики, изучавшие неандертальский вклад в биологию современного человека, до сих пор не выяснили, влияют ли древние варианты генов на строение нашего тела. Специалисты писали об особенностях обмена веществ, о предрасположенности к некоторым заболеваниям… Но уж точно не о форме головы. А ведь ещё давным-давно некоторые антропологи отмечали «неандерталоидность» в строении тела европейцев. Правда, этим обосновывали прямое происхождение современных жителей Европы от неандертальцев.
Наконец, американские генетики решили поискать связь между неандертальским наследием и строением черепа, а также, заодно, мозга современных людей. И такая связь была найдена! Об этом сообщается в новой статье в Scientific Reports. Авторы выбрали в качестве части тела для поиска «неандерталоидности» череп, поскольку строением именно этого элемента скелета неандертальцы в наибольшей степени отличались от современных людей. Но как найти такую зависимость, если до сих пор толком неизвестно, какие гены и как влияют на форму нашей головы? Исследователи решили поступить следующим образом: взять группу людей, посчитать процент неандертальских вариантов генов для каждого, а дальше проверить: не получится ли, что у индивидов с большей «неандертальскостью» в геноме и череп будет по каким-то характеристикам уклоняться в сторону неандертальцев. Например, по общей длине (ведь неандертальский череп существенно длиннее черепа сапиенса) или по ширине затылка. А поскольку форма черепа влияет и на форму мозга (пишут авторы), то и строение некоторых областей мозга тоже стоит проверить на связь с неандертальским вкладом в наш геном.
Для исследования специалисты сначала получили ДНК у 223 здоровых волонтёров — мужчин и женщин, утверждавших, что их родители — европейцы. Происхождение добровольцев проверили генетически и отбраковали двух, чья родословная сильно отличалась от остальных. Затем учёные нашли 100 156 известных генетических вариантов (точнее, однонуклеотидных полиморфизмов — снипов: от англ. Single nucleotide polymorphism, SNP) неандертальского происхождения, встречающихся в данной выборке современных геномов. Для их определения использовалась генетическая последовательность неандертальца из Денисовой пещеры — этот геном на сегодняшний день прочтён наиболее качественно. Посчитали, какой процент неандертальских снипов содержится в ДНК каждого индивида (эту долю авторы называют NeanderScore). Получилось от 3,9% до 6,5%, в среднем 5,4%. Заметим, что это больше, чем выходило в предыдущих исследованиях — но это потому, что авторы использовали иную методику вычисления неандертальского вклада.
После этого 146 добровольцам из выборки сделали МРТ головы и для каждого построили 3D-модель черепа, а кроме того, получили эталонный череп — усреднённую форму для всей группы.
Затем сопоставили форму черепа каждого индивида с этой моделью (для чего измеряли расстояние между определёнными точками эталона и анализируемого черепа). Специалисты искали корреляции между формой черепа и процентом NeanderScore.
Что получилось?
Оказалось, что у людей, у которых NeanderScore больше, череп заметно длиннее, а затылок шире. Наибольшая зависимость формы черепа от неандертальского генетического вклада обнаружилась в области лямбдовидного шва, затрагивая затылочную и теменную кость. А ведь именно в этих областях неандертальский череп заметно отличается от черепа сапиенса!
После этого авторы занялись поиском связи между NeanderScore и строением мозга добровольцев — глубиной борозд и индексом гирификации (извилистости) в разных областях коры, который вычисляли с помощью МРТ. По предположению учёных, такие связи должны были обнаружиться в областях, находящихся непосредственно под теми участками затылочной и теменной костей черепа, изменчивость которых обнаружилась в предыдущем исследовании.
Сначала измерили глубину борозд, и нашли позитивную корреляцию NeanderScore с глубиной правой внутритеменной борозды. Заметим, что борозда эта находится непосредственно под областью максимальных изменений формы черепа (из предыдущего анализа). У добровольцев с высоким NeanderScore эта борозда оказалась глубже.
Второй параметр, который оценивали, — индекс местной гирификации (local gyrification index, LGI), то есть степень извилистости коры. Известно, что этот параметр сильно менялся в процессе эволюции. Исследование показало, что у тех, у кого выше доля неандертальских аллелей, возрастает и LGI первичной зрительной коры правого полушария, включая верхнюю височную борозду. Таким образом, сложность и площадь поверхности коры мозга растёт вместе с NeanderScore.
Помимо этого, исследователи искали связь между долей неандертальских вариантов и количеством серого и белого вещества. И такая связь нашлась в правой теменной доле, в области внутритеменной борозды: процент неандертальских вариантов коррелировал с количеством серого и белого вещества. Похожую связь (правда, касающуюся только серого вещества) нашли в области первичной зрительной коры. А вот в орбитофронтальной коре обнаружилась обратная корреляция: чем больше NeanderScore, тем меньше белого вещества.
Наконец, авторы исследования проверили: какие из более чем 100 тыс. неандертальских снипов, найденных в выборке, связаны со структурой мозга и черепа. И нашли 18 снипов, расположенных в гене GPR26 (этот ген кодирует рецептор, сопряжённый с G-белком, который является «сиротой», то есть, его лиганд неизвестен, и экспрессируется в головном мозге). Генетики проверили и убедились, что эти снипы попадают в участок генома вероятно неандертальского происхождения.
Итак, авторы исследования утверждают, что показали связь между неандертальскими вариантами генов и «неандерталоидными» особенностями черепа современного человека. Что ещё более важно, выявлены корреляции со строением мозга, в частности, внутритеменной борозды и первичной зрительной коры. Эти области сильно эволюционировали в линии гоминид и отвечают за обработку визуально-пространственной информации. Известно, что развитие внутритеменной борозды напрямую связано со способностью к орудийной деятельности у человека — «и это делает открытие ещё более интригующим».
А ещё, согласно исследованиям, развитие внутритеменной борозды влияет на распознавание намерений других людей и способность к математическим вычислениям.
Неполиткорректненько получается! У африканцев-то неандертальского вклада нет; что же у них с развитием внутритеменной борозды?
«Мы показали, что даже в контексте современного генома, неандертальские снипы ассоциируются с особенностями черепа, отражающими неандертальский фенотип, — говорится далее в статье. — Эта работа не только открывает беспрецедентное окно в структуру неандертальского мозга, но и демонстрирует вклад смешения с неандертальцами в эволюцию мозга современного человека».
Авторы замечают, что не нашли связи неандертальских генетических вариантов с меньшим объёмом лобных долей или другими особенностями, характеризующими неандертальский череп: возможно, их эффект слишком мал, либо такие варианты генов просто не попали в NeanderScore.
И поскольку в исследовании участвовали только европейцы, авторы считают необходимым провести аналогичный анализ восточно-азиатских популяций, у которых, согласно данным генетиков, неандертальская примесь выше, а также африканцев (у них примеси практически нет).
Итак, если результаты исследования подтвердятся, получается, что впервые найдены современные неандертальские отголоски во внешности европейцев — выражаясь словами авторов статьи, неандертальское «эхо».
Правда, возникает несколько вопросов к методике исследования:
— авторы много раз в статье указывают, что внешняя (!) форма черепа и структурные особенности мозга связаны между собой. Отдаёт некой френологией. Хочется спросить у коллег-антропологов: так ли это?
— как учитывался пол добровольцев? Ведь женский череп отличается от мужского.
— авторы смотрят на общий процент неандертальских снипов в геномах добровольцев. Но какой процент из этих снипов связан с мозгом и черепом? В исследовании удалось найти один единственный ген и 18 SNP (против 10 тыс. неандертальских вариантов). Так не проверить ли выборку тех же добровольцев на эти конкретные аллели?
Добавляет Константин Лесков, Ph. D., Case Western Reserve University, Cleveland:
«Надо полностью отсеквенировать 53 kb LD блок на 10-й хромосоме у всех добровольцев (содержащий ген GPR26 и, вероятно, доставшийся от неандертальцев). Генотипирование велось чипом, на котором эти 18 снипов представлены, а есть ли там ещё мутации в гене GPR26 — мы не знаем. Насколько я понял, все эти 18 снипов находятся в некодирующих участках гена.
Полное секвенирование позволит понять, существуют ли мутации в участках, кодирующих белок GPR26, которые могут конаследоваться и даже подвергаться отбору в одном кластере с некодирующими неандертальскими снипами.
Как полиморфизм некодирующих снипов влияет на сплайсинг, стабильность и паттерн экспрессии GPR26 мРНК? Есть ли неандертальские мутации в промоторе гена GPR26 и к чему они приводят?
Судя по Allen Brain Atlas http://human.brain-map.org/microarray/search, GPR26 широко экспрессируется в коре больших полушарий, не только во внутритеменной борозде и практически отсутствует в мозжечке. Это о чём-то говорит?
Судя по данным Fagerberg et al. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24309898/, GPR26 экспрессируется, кроме мозга, ещё и в семенниках мужчин: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/2849. Существуют ли физиологические отличия мужчин с неандертальским и сапиенсным вариантами GPR16 в репродуктивной области?
Необходимо определить, есть ли эффект количества аллеля: усиливается ли «неандерталоидный» фенотип, если неандертальский снип гомозиготен, по сравнению с гетерозиготой.
Архиважно повторить эксперимент на африканцах, азиатах, а также на мулатах. Вот почему: Мулатам (потомкам европейцев и африканцев) рандомно достаётся неандертальский вариант GPR26. Если гипотеза авторов верна, мы можем ожидать, что те мулаты, которым достался неандертальский 53 kb LD блок, на африканском генетическом фоне будут обладать «неандерталоидной» структурой мозга и черепа. Таким образом, мы сможем провести классический генетический анализ родословной и проверить, конаследуется ли 53-kb LD блок с указанной формой черепа и глубиной внутритеменной борозды».
