Благодаря работе палеогенетиков учёные уже располагают двумя полными геномами неандертальцев и одним денисовским. Кроме того, мы знаем, что у современных людей, за исключением африканцев, есть примерно 2% неандертальской примеси. И ещё около 5% денисовской ДНК обнаружили у жителей Океании.
В конце 2016 года группа генетиков заявила, что, по их данным, помимо денисовских и неандертальских генетических вариантов, у папуасов имеются следы метисации с неизвестной популяцией гоминин, родственной денисовцам. Впрочем, такой результат вполне логичен — ведь денисовский человек известен по геному из единственной пещеры на Алтае. Предки меланезийцев наверняка смешивались с какой-то другой популяцией денисовцев, генетический «автограф» которой, конечно, имеет свои отличия.
Авторы новой статьи в журнале Cell продолжают изучать генетическое наследие архаичных людей в геномах современного человечества. Существует два подхода к поиску генетических следов метисации. Если нам удалось извлечь из ископаемых останков ДНК — можно сравнивать его с современными геномами, обращая внимание на совпадения, которые трудно объяснить, если метисации не было.
Есть и второй подход, без использования древней ДНК. Исследователи анализируют большое количество современных геномов статистическими методами и ищут фрагменты с необычными характеристиками, которые выдают «интрогрессированную» ДНК. Используя такой подход, исследователи, например, наткнулись в 2011 году на следы смешения современных людей с некими неизвестными гомининами в Африке.
Учитывая, что метисация с неандертальцами и денисовцами — относительно недавние события, в нашей ДНК должны сохраниться не такие уж маленькие фрагменты древних геномов, длиной порядка 50 килобаз (тысяч пар нуклеотидов).
Геномы разных людей совпадают не полностью. В некоторых точках последовательностей ДНК у разных людей могут быть разные буквы. Это называется «однонуклеотидный полиморфизм», или «снип» (от английского SNP, single nucleotide polymorphism). Маркерами неандертальской ДНК в геноме современного человека являются специфические неандертальские снипы. Они окружены последовательностями, не отличающимися от сапиенсных, но, предположительно тоже пришедшими в наш геном от неандертальцев. Дело в том, что снип сам по себе не переходит из одного генома в другой. Он всегда включён в состав фрагмента ДНК определённой длины. В каждом поколении, в результате рекомбинации отцовской и материнской хромосом, этот фрагмент укорачивается с определённой вероятностью. Чем короче фрагмент, тем ниже вероятность, что рекомбинация произойдёт внутри него. Иногда фрагмент может даже «восстанавливаться», если «склеиваются» фрагменты, доставшиеся от родителей, у которых был общий предок. Вероятность того, что рекомбинация произойдет внутри фрагмента размером 50 килобаз, приблизительно 0,0005 за поколение, то есть один раз примерно в 2000 поколений. Если принять одно поколение за 20—25 лет, то получим, что данный фрагмент не подвергался рекомбинации последние 40—50 тысяч лет, то есть примерно со времени, когда сапиенсы встретились с неандертальцами.
Исследователи разработали более совершенный метод поиска таких фрагментов в геномах современных людей. Проверка на серии модельных экспериментов показала, что метод находит примерно половину привнесённых в результате метисации сегментов ДНК (непойманные сегменты слишком коротки, а специфических мутаций в них слишком мало). Авторы методики использовали свободно распространяемый пакет программ SPrime, показавший высокую эффективность и быстроту работы: к примеру, анализ полных геномов 4000 индивидов занял всего 4 часа на компьютере с процессором 2,6 ГГц.
С помощью этой методики учёные нашли участки ДНК «архаичного происхождения» у представителей 20 неафриканских популяций. А затем результаты сопоставили с известными древними геномами — алтайского неандертальца и денисовца (оба генома происходят из Денисовой пещеры).
Материал для анализа брали из базы данных проекта «1000 геномов». Выборка из каждой популяции составила около 100 человек (правда, мексиканцев было 64, а папуасов всего 15). В сумме по всем геномам набралось 1,36 гигабаз (Гб) ДНК вероятно архаического происхождения, от 382 Мб у перуанцев до 655 Мб у бенгальцев. Самый длинный фрагмент привнесённой ДНК составлял 7,9 Мб. У восточных азиатов процент примеси оказался выше, чем у европейцев. Это подтверждает высказывавшееся ранее предположение о том, что после метисации с предками всех неафриканцев неандертальцы смешивались с предками монголоидов ещё раз.
У папуасов примесь архаичной ДНК оказалась особенно высока, в среднем — более 80 Мб на человека (для сравнения, весь человеческий геном — это 3 Гб, а, например, 21-я хромосома в длину составляет всего 48 Мб).
Затем обнаруженные предположительно архаичные сегменты ДНК сравнили с известными геномами алтайского неандертальца и денисовца.
В каждой популяции учёные обнаружили много сегментов, хорошо (на 80%) совпадающих с неандертальскими и на 20% — с денисовскими. Вероятно, это и есть участки ДНК, доставшиеся современным людям от неандертальцев. А откуда 20% совпадения с денисовским геномом? Так ведь и неандертальцы с денисовцами родня, поэтому часть специфических архаичных аллелей у них общая.
В каждой популяции нашлось и немного сегментов, не похожих ни на неандертальские, ни на денисовские — то ли это ошибка методики, то ли след от кого-то, неизвестного науке!
У азиатов и папуасов, в отличие от европейцев, есть большой кластер сегментов, хорошо совпадающих с денисовским геномом. Так генетики ещё раз убедились, что денисовцы смешивались с предками азиатов и меланезийцев. Впрочем, маленькая примесь денисовской ДНК обнаружилась у американских групп и даже у финнов. Вероятно, это потому, что в генофонд финнов свой небольшой вклад (7%) сделали выходцы из Азии.
А вот уже очень интересный результат: учёные увидели, что только у трёх японских и у одной китайской популяции «денисовские» сегменты чётко делятся на 2 группы. Примерно одна треть сегментов совпадает с денисовской последовательностью на 80%, а остальная часть — только на 50%. Исследователи на всякий случай проверили, не смешивает ли карты присутствие неандертальской ДНК, и повторили анализ, исключив специфические неандертальские генетические варианты — но пришли к тому же результату: 2 группы сегментов — высокого (80%) и среднего (50%) сходства с денисовским геномом у японцев и китайцев. У южных азиатов и папуасов картина иная, у них подавляющая часть предположительно денисовского наследия имеет среднее (50%) сходство с референсным геномом с Алтая. Кажется, это очень напоминает результат 2016 года, согласно которому папуасы смешивались не с самими алтайскими денисовцами, а с какими-то их родственниками. При этом у восточных и южных азиатов процент денисовской примеси примерно одинаков, тогда как у папуасов он заметно выше.
Как всё это объяснить? Проще всего — двумя «сериями» метисации с разными группами денисовцев. Например так: после того как предки папуасов отделились от азиатов, они смешивались с кем-то, состоявшем в не слишком близком родстве с денисовцами Алтая. Уже потом эта примесь просочилась к остальным азиатам в результате миграции. Независимо от этого предки восточных азиатов, после отделения от азиатов южных, смешались с популяцией, очень родственной алтайским денисовцам. Вот такая чехарда, и это не единственный возможный сценарий.
Исследователи попытались установить хронологию событий, для чего сравнивали длину архаичных участков ДНК у разных людей, но эта разница оказалась недостаточной для определённых выводов. Скорее всего, смешения с неандертальцами и с денисовцами происходили в разное время, но в каком порядке — пока что неизвестно.
Кстати, такой же анализ не позволил выявить отдельные волны метисации с неандертальцами: все сегменты неандертальского происхождения одинаково похожи на геном алтайского неандертальца. Исследователи заключают: если была вторая волна смешения неандертальцев и восточных азиатов, то неандертальские популяции обеих волн должны находиться в близком родстве.
Наконец, исследователи провели поиск архаичных аллелей, оказавшихся полезными современным людям. Поиск признаков положительного отбора вывел учёных на уже известные области генома, связанные с пигментацией кожи и волос, а также с иммунитетом. Но удалось найти и два новых участка ДНК неандертальского происхождения, влияющих на иммунитет. Судя по всему, неандертальское наследие действительно помогало нашим предкам бороться с новыми патогенами, встретившимися им на просторах Евразии.
Что добавить? Как говорилось выше, помимо неандертальских и денисовских сегментов, в геномах людей нашлись участки неизвестного происхождения. У среднестатистического папуаса таких неопределённых сегментов набирается больше 20 Мб. Авторы пишут, что вероятная причина их появления — ложноположительный результат, погрешность методики. А может, всё-таки, это примесь кого-то ещё?
Чтобы ответить на этот вопрос, нужно больше полных геномов неандертальцев, денисовцев и других древних людей. Тогда и возрастёт точность метода.
Автор благодарит Константина Лескова за помощь в работе над текстом.
