Архаическое наследие в человеческих геномах изучают уже 10 лет — с тех пор, как благодаря усилиям палеогенетиков мы знаем, что в каждом из нас есть примерно 2% неандертальской ДНК (если только вы не африканец). Впрочем, недавно заметный неандертальский след нашли и у жителей Чёрного континента. Не будем забывать и про денисовцев — их генетические варианты найдены у коренного населения Океании и Востока Азии.
В многочисленных исследованиях специалисты уточняют размер неандертальского вклада, стараются выяснить количество «волн смешения» между нашими предками и другими видами гоминин. И, конечно, самое интересное: какие наши гены затронуты и как архаическое наследие проявляется в работе организма современного человека.
Надо сказать, что процент ДНК неандертальского происхождения у жителей Евразии примерно одинаков, но у разных индивидов этой примесью затронуты разные части генома. А значит, из ДНК множества современных людей можно попробовать собрать заметный кусок неандертальского генома, а то и не одного.
В очередной раз за подобную работу взялись авторы новой статьи в Nature, использовав для этого более 27 тысяч полностью прочтённых геномов жителей Исландии.
Одна из сложностей заключается в том, что учёным известны пока что только 3 полных генома древних гоминин — 2 неандертальских (из Виндии в Хорватии и из Денисовой пещеры на Алтае) и один денисовский (опять же из Денисовой пещеры). В статье эта троица обозначается аббревиатурой DAV (Денисова — Алтай — Виндия). Очевидно, что с нашими предками скрещивались не эти конкретные индивиды, а какие-то другие, отличавшиеся от них — поэтому часть архаических вариантов в современных геномах остается неуловимой.
Авторы нового исследования использовали сложные статистические методы для «отлова» у исландцев фрагментов ДНК архаического происхождения. Такие фрагменты, по мысли учёных, должны содержать большое количество производных генетических вариантов (отличающихся от вариантов шимпанзе), которые отсутствуют у коренного населения Африки. Для сравнения использовали геномы 292 африканцев из проекта «1000 геномов».
В результате учёные нашли примерно 14 млн фрагментов ДНК предположительно архаического происхождения. Дальше этот набор фильтровали, отдавая предпочтение тем фрагментам, на которых находятся DAV (генетические варианты, найденные у неандертальцев или у денисовца), либо аллели, сцепленные с ними (то есть часто встречающиеся рядом с DAV).
При самом строгом отборе в сумме набралось 56 тысяч уникальных фрагментов, охватывающих около 1 Гигабазы, то есть более 38% человеческого генома. И это только исландцы. При аналогичном поиске в других человеческих популяциях явно найдётся ещё.
Повторю, что этот устрашающий объём собран «по сусекам» 27 тыс. геномов. Каждый конкретный человек несёт в своём геноме в среднем 261 фрагмент, или 33 Мегабазы архаического происхождения.
Важно, что в геномах разных людей найдены архаические фрагменты, охватывающие одни и те же участки ДНК, но при этом сильно отличающиеся друг от друга. Это говорит о том, что смешение явно происходило много раз. Исследователи насчитали как минимум шесть разных древних гаплотипов, запечатленных в геномах исландцев.
А на какой из известных древних геномов больше всего похоже это наследие? У учёных получилось 50% совпадений с неандертальцем из Виндии, 13% — с алтайским неандертальцем и 3% — с денисовцем. Кроме того, 20% архаических фрагментов похожи сразу как минимум на два древних генома, а 12% не похоже ни на что.
В предыдущих исследованиях уже было показано, что неандертальцы, оставившие след в европейских геномах, родственны «Виндии». А вот присутствие у исландцев денисовских вариантов оказалось неожиданностью. Как это объяснить? Отголоски общего предка денисовцев и неандертальцев? Или кто-то, похожий на денисовцев, смешался с неандертальцами, а те уже после этого скрестились с предками европейцев? Еще один интригующий сценарий — предки европейцев всё-таки встречались в незапамятные времена с кем-то денисовцеподобным. Какая версия верна — пока что неясно, но авторы допускают, что какие-то гоминины, родственные денисовцам, могли проживать в Евразии гораздо западнее Алтая. Мы знаем, что неандертальцы были весьма мобильны, почему бы и денисовцам не мигрировать.
Исследователи пошли дальше и решили сравнить особенности мутационного процесса сапиенсов и неандертальцев, сравнивая архаические и «родные» фрагменты ДНК каждого отдельно взятого индивида. Оказалось, что скорость накопления мутаций у двух видов примерно одинаковая. А вот соотношение типов мутаций различается (например, у неандертальцев больше замен C на G и меньше — T на С). Известно, что на частоту таких мутаций у современного человека существенно влияет возраст родителей. Судя по наблюдаемой картине, у неандертальцев матери были в среднем старше, а отцы моложе, чем у сапиенсов.
Наконец, учёные приступили к оценке влияния неандертальского наследия: как архаические варианты проявляются во внешности и работе организма исландцев? Такие исследования уже проводились: брали какую-нибудь человеческую популяцию и искали корреляции между неандертальскими генетическими вариантами и какими-то особенностями людей. Допустим, есть ген, влияющий на цвет волос, а близко к нему расположен архаический фрагмент генома. Не встречается ли некий неандертальский аллель в этом фрагменте чаще у рыжих? Или у жгучих брюнетов? Если такая связь нашлась — возможно, вот оно, неандертальское влияние?
Загвоздка в том, что корреляция ещё не означает причинно-следственную связь. А вдруг рядом с архаическим вариантом находится какой-нибудь совсем неархаический, и причина в нём?
Вот что проделали исследователи. Сначала они стали искать ассоциации у исландцев между множеством человеческих признаков и архаическими генетическими вариантами. В результате получился список из 651 независимой ассоциации между генотипом и фенотипом. Круто! Однако дальнейший анализ дал грустный результат: в большинстве случаях рядом с архаическим аллелем нашелся неархаический (в сцеплении с ним), который ассоциировался с тем же признаком существенно сильней. После строгой фильтрации из сотен вариантов осталось… только 5 штук. Вероятно, только эти неандертальские аллели реально влияют на что-то в человеческом организме. На что же?
Вот список этих признаков:
— сниженный уровень простатспецифического антигена, что связывают с ослабленным риском рака простаты,
— сниженная концентрация гемоглобина,
— пониженный средний корпускулярный гемоглобин,
— низкий рост,
— увеличенное протромбиновое время.
А как же цвет кожи и волос, диабет 2 типа, болезнь Крона, даже склонность к курению и всё прочее, в чём винили «неандертальские гены»? Что ж, авторы публикации взяли 26 признаков, архаическое влияние по которым выявлялось в предыдущих исследованиях, и проверили их по новой методике. Для 10 признаков из списка ассоциации оказались несущественными, а для 13 опять нашлись неархаические варианты — более вероятная причина связи. Остались только три ассоциации: две с ростом и одна — с частотой пульса, причём влияние на эти характеристики очень умеренное. Всё.
Несколько лет назад, когда палеогенетики заявили, что «неандертальцы не вымерли, а растворились в современном человечестве», кое-кто ожидал, что эта растворившаяся в нас древняя образина должна прорываться чуть ли не в виде характерных портретных черт — низкого лба, здоровенного надбровья или «пяткообразного» затылка. Увы, пришло время взглянуть в глаза реальности. Может быть, когда-то неандертальский вклад можно было прочитать по лицу наших предков, но сотни поколений сделали своё дело. Неандерталец по-прежнему есть в каждом из нас, но он прячется где-то очень глубоко. Может, это и не так уж плохо?
