Экспертиза отцовства — рутинная генетическая процедура… Для ныне живущих. А если мы говорим о людях, живших 50 тысяч лет назад? И не так, как обычно пишут, мол «данный индивид принадлежал к группе, возможно, предковой по отношению к другой группе», а буквально, вот этот неандерталец — папа вот того? Возможно ли это установить?
К настоящему времени палеогенетикам удалось с бóльшим или меньшим качеством прочитать 18 ядерных неандертальских геномов, относящихся к 14 археологическим памятникам. Это справедливо считают мощным достижением учёных. Полученные сведения позволяют изучать, например, насколько разные неандертальцы отличались друг от друга, как они менялись с течением времени, кто с кем скрещивался и так далее. Однако речь об индивидах, разделённых порой тысячами километров и, что более важно, многими тысячами лет. Если мы хотим выяснить, как были организованы неандертальские сообщества, хорошо бы иметь информацию о людях, живших в одном месте и хотя бы примерно в одно и то же время. Пока что такое исследование у генетиков получилось один раз. В 2011 году учёным удалось прочитать генетические последовательности шести неандертальцев, чьи кости найдены в испанской пещере Эль-Сидрон. Выяснилось, что в этом неандертальском сообществе практиковалась патрилокальность. То есть женщины чаще мигрировали, а мужчины оставались жить с родственниками. Однако речь шла только о митохондриальной ДНК, а её анализ не даёт хорошего разрешения.
И вот авторы новой статьи в Nature (среди которых, конечно же, новоиспечённый нобелевский лауреат Сванте Паабо) смогли добиться большего. Они прочитали ядерную ДНК тринадцати неандертальцев, живших довольно компактно на Алтае примерно 50 тысяч лет назад.
Пещеры Чагырская и Окладникова, расположенные в предгорьях Горного Алтая, археологи изучают уже давно. Вероятно, неандертальцы использовали их как охотничьи стоянки. Исследователи обращали внимание, что на обоих памятниках присутствует своеобразный комплекс каменных орудий, названный «сибирячихой» (пещера Окладникова находится рядом с селом Сибирячиха). Примечательно, что в Денисовой пещере, находящейся всего в 100 км к востоку, орудийная культура совсем другая. Это хорошо согласовывалось с тем, что, судя по геномам, неандертальцы из Чагырской и Денисовой пещер явно принадлежали к разным популяциям.
Согласно радиоуглеродному и оптическому методам датирования, неандертальцы в Чагырской пещере жили между 59 и 51 тыс. лет назад. Исследователи полагают, что отложения накапливались в течение короткого периода времени. По геологическим меркам, конечно, то есть «не более нескольких тысяч лет».
Кости неандертальцев пещеры Окладникова тоже датировали радиоуглеродом, установив, что возраст трёх образцов «не менее 44 000 лет». Эта цифра согласуются с датировками, полученными методом урановых серий по костям животных. По мнению учёных, неандертальцы пещер Чагырской и Окладникова могли быть почти современниками.
Для анализа исследователи взяли 17 костей и зубов из Чагырской пещеры и 10 из пещеры Окладникова. Древнюю ДНК удалось получить из 15 чагырских образцов, но лишь из 2, найденных в пещере Окладникова. Исследователям пришлось преодолеть значительные технические трудности, и качество прочтения ДНК очень различно: от покрытия 12х для индивида Чагырская B (это значит, что каждая позиция в ДНК прочтена в среднем 12 раз) до всего 0,04x для Чагырская Е.
Первое, что удалось установить — это пол. Я думаю, вы помните, что у женщин две X-хромосомы, а у мужчин — X и Y. Поэтому по соотношению покрытия X-хромосомы и аутосом, то есть ядерных неполовых хромосом, можно определить пол. У женщин покрытие Х должно быть примерно вдвое выше покрытия аутосом.
Согласно этому методу, из 17 образцов 6 принадлежали особям женского пола.
Затем исследователи попробовали выяснить степень родства этих неандертальцев, по различиям в ядерной ДНК.
Удивительный результат: оказалось, что молочный зуб Чагырская 19 и два постоянных зуба Чагырская 13 и Чагырская 63 относились к одному и тому же индивиду мужского пола. Судя по состоянию корня, молочный зуб выпал естественным путём. Проанализировав износ зубов, исследователи пришли к выводу, что постоянные зубы принадлежали подростку 9—15 лет (индивид Чагырская G). Вероятно, мальчик умер примерно в то время, когда выпал молочный зуб.
Исследователи обнаружили ещё двух индивидов, представленных наборами находок: Чагырская С включает нижнюю челюсть Чагырская 6 и постоянный резец Чагырская 14; к Чагырской F относятся премоляр Чагырская 12 и фаланга кисти Чагырская 8 (геном из этого образца уже был прочтён в 2020 году с высоким качеством).
А самое интересное, что взрослый мужчина Чагырская D находился в тесном родстве с несколькими другими неандертальцами. В частности, с девочкой Чагырская Х его связывало родство первой степени, то есть это могла быть его сестра или дочь (ну или мама, но для девочки маловероятно). Однако, поскольку у этих двух человек оказались разные мтДНК, остаётся лишь один вариант: Чагырская Х — дочь индивида Чагырская D.
Кроме того, мтДНК Чагырской D идентична таковой у двух других мужчин, Чагырская С и Чагырская Е, включая даже общую гетероплазмию.
Общая гетероплазмия (часть мтДНК у трёх индивидов являются носителями одинаковой мутации) означает близкое родство по материнской линии, например, у всех троих была общая бабушка.
Чагырская Е вообще очень похожа на Чагырскую D, но из-за плохого качества прочтения не удалось выяснить: то ли они родственники первой степени, то ли это вообще один и тот же индивид. Поэтому Чагырскую Е пришлось исключить из дальнейшего анализа.
Кроме того, выяснилось, что Чагырская А (мужчина) и L (женщина) являются родственниками второй степени родства.
Близкие родственные связи означают, что эти индивиды должны были жить примерно в одно и то же время. То есть современниками друг другу были Чагырская С, D, H и X, а также А и L.
В целом сравнение между собой 11 индивидов из Чагырской пещеры привело исследователей к выводу, что все эти неандертальцы были частью одного и того же сообщества.
А что можно сказать про двух индивидов из пещеры Окладникова? Судя по всему, они не были близкими родственниками друг другу, а также не связаны родством ни с одним человеком из Чагырской пещеры.
Правда, мтДНК Окладниковой Б совпала с мтДНК Чагырской Г. Само по себе это не говорит о близком родстве, но означает, что эти два человека жили в пределах нескольких тысяч лет друг от друга.
Кроме того, у исследователей есть 38 образцов человеческой мтДНК, ранее полученных не из костей, а из пещерных отложений Чагырской пещеры. Два из них оказались больше похожи на Окладникова А, чем на какого-либо чагырского неандертальца. Это говорит о том, что между общинами, населявшими две пещеры, существовала какая-то связь.
А как обитатели пещер Окладникова и Чагырской связаны с другими неандертальцами? Сравнение показало, что все индивиды из этих пещер больше похожи на неандертальца возрастом 50 000 лет из хорватской пещеры Виндия, чем на 110 000-летнего неандертальца из Денисовой пещеры. Видимо, чагырцы и окладниковцы относились к одной популяции, мигрировавшей на Алтай из Европы, причем эта миграция была частью некой быстрой неандертальской экспансии, произошедшей 100—115 тысяч лет назад.
В подтверждение уже имевшимся данным, у неандертальцев Чагырской нашлась небольшая денисовская примесь. По оценкам авторов исследования, смешение с денисовцами произошло не менее чем за 20 тыс. лет до того, как жили наши чагырцы.
Учёные оценили и размер популяции чагырских неандертальцев. Это можно выяснить, посмотрев, насколько близкой роднёй друг другу приходились родители этих людей, что оценивают по размеру гомозиготных сегментов на хромосомах. То есть участков, на которых все генетические варианты, доставшиеся человеку от мамы и от папы, совпадают. Выяснилось, что родители чагырцев имели недавних общих предков около 10 поколений назад. Это означает, что неандертальская популяция была очень небольшой. У восьми индивидов, у которых удалось оценить эту характеристику, 1,6—14,9% генома имели длинные сегменты гомозиготности — примерно столько же обнаружено у современных горных горилл. Напомню, что горные гориллы — вымирающий малочисленный вид, который живёт сообществами по 4—20 особей, хотя спаривания между совсем близкими родственниками у этих обезьян происходят редко.
Чтобы получить больше информации о структуре сообщества чагырских неандертальцев, исследователи сравнили разнообразие их мтДНК (унаследованных от матери) и Y-хромосом (доставшихся от отца). Эта величина позволяет оценить характер миграций: кто более склонен был менять место жительства, особи мужского или женского пола?
Как выяснилось, общий предок чагырцев по отцовской линии жил примерно 446 лет назад, а по женской — 4348 лет назад! Это очень радикальная разница, превышающая таковую для 47 современных человеческих популяций и 10 подвидов человекообразных обезьян. Опять же, только у горных горилл соотношение более экстремально.
Из всего этого, с рядом оговорок, специалисты сделали вывод, что размер неандертальского сообщества Чагырской пещеры составлял около 20 особей, при этом от 60 до 100% женщин пришли в группу из других сообществ. Что ж, эти данные соответствуют предыдущим оценкам учёных: неандертальцы жили небольшими группами с преобладающей женской миграцией.
«Ну вот! А где же что-то новенькое?» А новенькое в том, что впервые проведено генетическое исследование столь крупной неандертальской популяции, впервые удалось задокументировать семейные отношения между этими людьми. И впервые установлено, что вот эта девочка, жившая 50 тысяч лет назад, была дочкой вот этого мужчины. Разве это не фантастика?