Подпишитесь на научную рассылку Wonder Theory от CNN. Исследуйте вселенную с новостями о захватывающих открытиях, научных достижениях и многом другом.
Ученые утверждают, что им удалось восстановить древнейшую известную ДНК Homo sapiens из человеческих останков, найденных в Европе, и эта информация помогает пролить свет на общую историю нашего вида с неандертальцами.
Древние геномы, секвенированные из 13 фрагментов костей, найденных в пещере под средневековым замком в Ранисе, Германия, принадлежали шести людям, включая мать, дочь и дальних родственников, которые жили в этом регионе около 45 000 лет назад, согласно исследованию, опубликованному в четверг в журнале Nature.
Геномы несли доказательства неандертальского происхождения. Исследователи определили, что предки тех ранних людей, которые жили в Ранисе и окрестностях, вероятно, встречались и производили детей от неандертальцев примерно на 80 поколений раньше, или на 1500 лет раньше, хотя это взаимодействие не обязательно происходило в одном и том же месте.
С тех пор, как в 2010 году был расшифрован первый геном неандертальца, ученым стало известно, что древние люди скрещивались с неандертальцами. Это стало сенсационным открытием, оставившим после себя генетическое наследие, которое до сих пор прослеживается у людей.
Однако, когда именно, как часто и где именно происходил этот критический и загадочный момент в истории человечества, было трудно определить. Ученые считали, что межвидовые отношения могли возникнуть где-то на Ближнем Востоке, когда волна Homo sapiens покинула Африку и столкнулась с неандертальцами, которые жили по всей Евразии в течение 250 000 лет.
Более широкое исследование происхождения неандертальцев, опубликованное в четверг в журнале Science, в котором анализировалась информация из геномов 59 древних людей и 275 современных людей, подтвердило более точную временную шкалу, обнаружив, что большую часть неандертальского происхождения у современных людей можно отнести к «одному общему длительному периоду потока генов».
«У нас было гораздо больше сходств, чем различий», — заявила на пресс-конференции Прия Мурджани, старший автор исследования Science и доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли.
«Различия, которые мы представляли себе между этими группами как очень большие, на самом деле были очень маленькими, с точки зрения генетики. Они, похоже, смешивались друг с другом в течение длительного периода времени и жили бок о бок в течение длительного периода времени».
Исследование выявило ключевой период, который начался около 50 500 лет назад и закончился около 43 500 лет назад — незадолго до того, как ныне вымершие неандертальцы начали исчезать из археологических записей. В течение этого 7000-летнего периода ранние люди встречались с неандертальцами, занимались сексом и рожали детей довольно регулярно. Пик активности пришелся на 47 000 лет назад, предполагает исследование.
Исследование также показало, как определенные генетические варианты, унаследованные от наших предков-неандертальцев, которые составляют от 1% до 3% наших геномов сегодня, менялись с течением времени. Некоторые из них, например, связанные с иммунной системой, были полезны для людей, когда они жили в последний ледниковый период, когда температуры были намного ниже, и они продолжают приносить пользу сегодня.
Оба исследования придают «значительную уверенность» времени, когда люди и неандертальцы обменялись генами, что генетики называют интрогрессией, сказал эволюционный генетик. Тони Капра, профессор эпидемиологии и биостатистики в Институте вычислительных медицинских наук имени Бакара при Калифорнийском университете в Сан-Франциско.
«Генетические данные этого критического периода нашей эволюции очень редки», — сказал Капра, который не принимал участия в исследовании, по электронной почте. «Эти исследования подчеркивают, как наличие даже нескольких древних геномов обеспечивает мощную перспективу, которая позволила авторам уточнить наше понимание миграции людей и неандертальской интрогрессии».
Ученые, работающие над двумя исследовательскими проектами, решили опубликовать свои работы одновременно, когда поняли, что по отдельности пришли к схожему выводу.
Как неандертальское происхождение сформировало гены человека
Исследование, опубликованное в журнале Science, показало, что генетические варианты, унаследованные от наших предков-неандертальцев, неравномерно распределены по геному человека.
Некоторые регионы, которые ученые называют «архаичными пустынями», лишены генов неандертальцев. Эти пустыни, вероятно, быстро образовались после того, как две группы скрестились, в течение 100 поколений, возможно, потому, что они привели к врожденным дефектам или болезням, которые могли повлиять на шансы на выживание потомства.
«Это говорит о том, что гибридные особи, имевшие ДНК неандертальцев в этих регионах, были значительно менее здоровы, вероятно, из-за тяжелых заболеваний, летальности или бесплодия», — сообщил Капра по электронной почте.
В частности, X-хромосома была пустыней. Капра сказал, что эффекты неандертальских вариантов, которые вызывают заболевания, могут быть сильнее на X-хромосоме, возможно, потому, что она присутствует в двух копиях у женщин, но только в одной копии у мужчин.
«Х-хромосома также имеет много генов, которые при модификации связаны с мужской фертильностью, поэтому было высказано предположение, что часть этого эффекта могла возникнуть в результате интрогрессии, приводящей к мужской гибридной стерильности», — сказал он.
Варианты генов неандертальцев, наиболее часто обнаруживаемые в геномах древних и современных Homo sapiens, связаны с такими признаками и функциями, как иммунная функция, пигментация кожи и метаболизм, причем частота некоторых из них со временем увеличивается.
«Неандертальцы жили за пределами Африки в суровом климате ледникового периода и были адаптированы к климату и патогенам в этих средах. Когда современные люди покинули Африку и скрещивались с неандертальцами, некоторые особи унаследовали неандертальские гены, которые, предположительно, позволили им адаптироваться и лучше развиваться в окружающей среде», — сказал Леонардо Яси, соавтор научной статьи и докторант Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге, Германия.
Исследование Nature показало, что у людей, проживающих в Ранисе, 2,9% предков были неандертальцами, что не отличается от большинства современных людей.
Новая временная шкала позволяет ученым лучше понять, когда люди покинули Африку и мигрировали по всему миру. Она предполагает, что основная волна миграции из Африки в основном произошла 43 500 лет назад, поскольку большинство людей за пределами Африки сегодня имеют неандертальских предков, происходящих из этого периода, предположило исследование Science.
Однако ученые еще многого не знают. Неясно, почему у людей в Восточной Азии сегодня больше неандертальских предков, чем у европейцев, или почему в геномах неандертальцев того периода мало свидетельств ДНК Homo sapiens.
Хотя секвенированные геномы особей племени Ранис являются древнейшими геномами Homo sapiens, ранее ученые извлекали и анализировали ДНК из останков неандертальцев, возраст которых составляет 400 000 лет.
Потерянная ветвь человеческого генеалогического древа
Люди, назвавшие пещеру в Ранисе своим домом, были одними из первых Homo sapiens, поселившихся в Европе.
Эти ранние европейцы насчитывали несколько сотен человек, среди них была женщина, которая жила в 230 километрах (143 милях) от них в Златы-куне в Чешской Республике. ДНК из ее черепа была секвенирована в предыдущем исследовании, и исследователи, участвовавшие в исследовании Nature, смогли связать ее с людьми из племени Ранис.
Согласно исследованию, у этих людей была темная кожа, темные волосы и карие глаза, что, возможно, отражает их относительно недавнее прибытие из Африки. Ученые продолжают изучать останки с места раскопок, чтобы собрать воедино их рацион и образ жизни.
Семейная группа была частью популяции пионеров, которая в конечном итоге вымерла, не оставив никаких следов предков у людей, живущих сегодня. Другие линии древних людей также вымерли около 40 000 лет назад и исчезли так же, как в конечном итоге неандертальцы, сказал Йоханнес Краузе, директор отдела археогенетики в Институте эволюционной антропологии Макса Планка. Эти вымирания могут указывать на то, что Homo sapiens не сыграл роли в исчезновении Homo neanderthalensis.
«Довольно интересно наблюдать, что человеческая история не всегда является историей успеха», — сказал Краузе, старший автор исследования Nature.
