Получено генетическое подтверждение скрещивания наших предков с неандертальцами

Неандертальцы (рисунок Николая Ковалева с сайта macroevolution.narod.ru)
Неандертальцы (рисунок Николая Ковалева с сайта macroevolution.narod.ru)

Американские генетики показали, что самый распространенный вариант важного для роста мозга гена microcephalin появился в популяции Homo sapiens 37 000 лет назад в результате скрещивания наших предков с неандертальцами или другими архаичными представителями человеческого рода. Вывод основан на том, что этот вариант гена очень сильно отличается от других, более редких вариантов, встречающихся у современных людей. Это означает, что он не мог возникнуть у наших предков в результате мутаций, а был получен извне. «Неандертальский» ген, вероятно, давал какое-то важное преимущество своим обладателям, что обеспечило его быстрое распространение в популяциях Homo sapiens.

Как известно, первые люди современного типа (Homo sapiens) появились в Африке 150-200 тысяч лет назад. Около 80-100 тысяч лет назад они вышли из Африки и заселили сначала Южную Азию, затем Австралию, Европу и, наконец, Америку. Расселялись они не по безлюдным местам — Евразия была населена представителями других видов рода Homo (европейские и азиатские неандертальцы Homo neandertalensis, реликтовые популяции архантропов H.erectus на Юго-Востоке Азии, а также, возможно, некоторые другие виды древних людей). Один из самых острых вопросов в современной палеоантропологии — это вопрос о том, имела ли место гибридизация между нашими прямыми предками, вышедшими из Африки, и древним евразийским населением. Обзор основных доводов «за» и «против» можно найти в нашей заметке Древнейшая история человечества пересмотрена («Элементы», 02.03.2006).

В течение 20 лет преобладала точка зрения об отсутствии гибридизации, однако в последнее время чаша весов начала склоняться в противоположную сторону. Сенсационная статья американских генетиков, опубликованная на днях в респектабельнейшем научном журнале PNAS, дает еще один весомый аргумент в пользу того, что наши предки все-таки скрещивались с представителями коренного населения Евразии.

Брюс Лан (Bruce T. Lahn) и его коллеги из Чикагского университета уже несколько лет изучают человеческий ген microcephalin, мутации которого приводят к микроцефалии. Этот ген недавно привлек к себе пристальное внимание исследователей, поскольку выяснилось, что он очень быстро эволюционировал у человеческих предков после того, как они обособились от предков шимпанзе 5-7 миллионов лет назад. Сочетание двух этих особенностей (связь с ростом мозга и быстрая эволюция в «человеческой» линии) сделала ген microcephalin одним из самых популярных объектов у генетиков, занимающихся поиском эволюционно-генетических причин человеческой уникальности (см. Будут ли расшифрованы генетические основы разума?, «Элементы», 09.10.2006).

В сентябре 2005 года Брюс Лан и его коллеги опубликовали в журнале Science первые результаты своих исследований. Они сообщили, что самая распространенная группа близкородственных вариантов гена microcephalin появилась в человеческой популяции всего 37 000 лет назад и очень быстро распространилась — очевидно, под действием отбора. Ученые сделали вывод, что эта группа вариантов (которую они назвали группой D от слова derived «производный») давала какое-то важное преимущество своим носителям, что и обусловило ее быстрое распространение. В то время ученые, по-видимому, полагали, что группа D появилась в результате мутаций одного из более древних вариантов гена, встречающихся у человека. Это видно, в частности, по названию «derived».

Частота встречаемости D-аллелей гена microcephalin у коренного населения разных регионов. Максимальная встречаемость отмечена у американских индейцев, минимальная — у древних африканских народов, таких как пигмеи (3). Общая частота встречаемости D-аллелей в современном человечестве — около 70%. Рисунок из предыдущей статьи Б.Лана и его коллег (Science, 2005. V.309. P.1717-1720)
Частота встречаемости D-аллелей гена microcephalin у коренного населения разных регионов. Максимальная встречаемость отмечена у американских индейцев, минимальная — у древних африканских народов, таких как пигмеи (3). Общая частота встречаемости D-аллелей в современном человечестве — около 70%. Рисунок из предыдущей статьи Б.Лана и его коллег (Science, 2005. V.309. P.1717-1720)

Однако дальнейшие изыскания показали, что происхождение D-аллелей было, вероятно, куда более драматическим. Ученые определили последовательность нуклеотидов большого (длиной 29 тысяч пар оснований) фрагмента гена microcephalin у 89 человек из разных регионов мира, получив таким образом 178 последовательностей. Оказалось, что в этой выборке имеется 86 различающихся вариантов (гаплотипов). 124 из 178 последовательностей (70%) относятся к группе D.

«Время схождения» (coalescence age) всех вариантов, входящих в группу D, составляет около 37 000 лет. Иными словами, все эти варианты происходят от одного «предкового» фрагмента ДНК, который был частью генома какого-то нашего пращура, жившего 37 000 лет назад (подробнее о «временах схождения» разных человеческих генов см. здесь).

Попарное сравнение D-аллелей с другими (не-D-аллелями), а также не-D-аллелей между собой дало удивительные результаты. Между D- и не-D-аллелями обнаружились очень глубокие различия. Оказалось, что общий предок всех носителей не-D-аллелей жил около миллиона лет назад, а общий предок носителей D- и не-D-аллелей — около 1,7 млн лет назад (см. рис.).

Реконструированная генеалогия аллелей гена microcephalin. Красным показаны не-D-аллели, голубым — D-аллели (рис. из обсуждаемой статьи в PNAS)
Реконструированная генеалогия аллелей гена microcephalin. Красным показаны не-D-аллели, голубым — D-аллели (рис. из обсуждаемой статьи в PNAS)

Получилась парадоксальная картина: с одной стороны, D-аллели появились и стали быстро распространяться в человеческой популяции лишь 37 000 лет назад, с другой, разделение эволюционных линий D- и не-D-аллелей произошло 1,7 млн лет назад. Если бы D-аллели появились в результате мутаций внутри популяции H.sapiens, следовало бы ожидать, что время разделения D- и не-D-аллелей окажется сопоставимым с временем начала дивергенции D-аллелей (около 37 000 лет).

При помощи многочисленных статистических тестов и моделирования авторы показали, что наблюдаемая картина не может быть объяснена на основе гипотезы о единстве предковых популяций — носителей D- и не-D-аллелей. Эти популяции, несомненно, долгое время существовали изолированно друг от друга. По приблизительной оценке, основанной на результатах моделирования, изоляция скорее всего возникла около 1,1 млн лет назад, но не позднее, чем 530 000 лет назад. В одной из изолированных популяций закрепились D-аллели, в другой — не-D-аллели, а потом произошло смешение популяций.

Теоретически здесь возможны два альтернативных сценария: либо две популяции просто объединились и смешались, либо популяция Homo sapiens 37 000 лет назад получила от какой-то другой популяции, с которой ранее не было генетического обмена, полезный аллель D в результате эпизодического скрещивания, и этот аллель благодаря своей полезности быстро распространился. В первом случае в человеческом геноме должно быть множество генов с такой же генеалогией, как у гена microcephalin. Авторы проверили это предположение, проанализировав базы данных по полиморфизму человеческих генов, и пришли к выводу, что ничего подобного не наблюдается.

Таким образом, по мнению авторов, возможно только одно правдоподобное объяснение наблюдаемой картины. Популяция Homo sapiens 37 000 лет назад получила D-аллель гена microcephalin в результате скрещивания с представителем какой-то другой популяции гоминид, с которой до этого не было активного обмена генами в течение полумиллиона лет или более. Аллель оказался полезным и быстро распространился.

Кто были эти «другие гоминиды»? Скорее всего (хотя и не обязательно), это были неандертальцы, с которыми наши прямые предки в то время проживали на одной территории в Европе. Вычисленное авторами время возникновения изоляции между нашими предками и «носителями D-аллелей» (530 тысяч лет или более) примерно совпадает со временем расхождения сапиенсов и неандертальцев, определенным по митохондриальной ДНК (320–740 тысяч лет).

Авторы отмечают, что вышедшие из Африки сапиенсы были чужаками в Евразии, заселенной древними представителями рода Homo. Эти последние наверняка были в чем-то лучше приспособлены к местным условиям. А в чем-то они могли и опередить африканцев в общем для гоминид эволюционном движении в сторону всё большего «очеловечивания». И сапиенсы, скрещиваясь с аборигенами, вполне могли позаимствовать у них кое-какие полезные гены. Авторы полагают, что D-аллель микроцефалинового гена, скорее всего, не единственный случай такого рода. Должны найтись и другие гены, полученные нашими предками от других видов Homo.

В самое ближайшее время может стать реальностью выделение из ископаемых костей и «прочтение» не только митохондриальной, но и ядерной ДНК. И тогда мы сможем узнать точно, от кого нам достался D-аллель микроцефалинового гена.

Источник: Patrick D. Evans, Nitzan Mekel-Bobrov, Eric J. Vallender, Richard R. Hudson, Bruce T. Lahn. Evidence that the adaptive allele of the brain size gene microcephalin introgressed into Homo sapiens from an archaic Homo lineage // PNAS, doi: 10.1073/pnas.0606966103 published online Nov 7, 2006.

Александр Марков


13
Показать комментарии (13)
Свернуть комментарии (13)

  • dims  | 13.11.2006 | 18:18 Ответить
    А есть ли вероятность, что и сейчас на земле обитает какая-то популяция людей, которая содержит в локализованном виде ещё какой-то прогрессивный ген? Ну там, способный из нас сверхлюдей каких-нибудь сделать? :)
    Ответить
    • Vitall > dims | 13.11.2006 | 19:40 Ответить
      В смысле у других гомид? Ака обезьян, макак и прочих приматов? Надо попытаться поскрещиваться. Глядишь, какие нибудь полезные гены потомство приобретет:) Димс, беретесь?;)
      Ответить
      • dims > Vitall | 13.11.2006 | 19:45 Ответить
        Я имею в виду тех, с кем мы можем скрещиваться. С обезьянами, вроде, не можем.
        Ответить
        • Vitall > dims | 13.11.2006 | 20:04 Ответить
          Я шутил. А если серьезно, если бы какое то существенное интеллектуальное преимущество у локальной/выделенной группы людей существовало - оно скорее всего уже бы как-то проявилось. Может быть, правда, имеет смысл проводить исследования генома потомственных профессоров или там успешных бизнесменов. Но найти гены выделяющее их среди других вряд ли удастся ИМХО.
          Ответить
          • dims > Vitall | 13.11.2006 | 20:07 Ответить
            Преимущество может быть незаметно на фоне общей культурной отсталости, либо не проявляться в тех условиях, в которых живут эти люди. А попав на нашу почву -- дать необычные плоды.

            Вопрос в другом: существуют ли сегодня среди людей популяции, которые хранят в себе древние гены и не обмениваются ими с остальными? Или всё уже смешалось?
            Ответить
            • Vitall > dims | 13.11.2006 | 20:34 Ответить
              А почему гены должны быть древними? Так популяции пару последних тысяч лет практически не обменивавшиеся генами с остальным миром наверное есть. Да и генетическое разнообразие имеется - цвет кожи, форма глаз, общее строение организма включая рост... Но на примере олимпийских игр - можно говорить разве что про небольшое врожденное преимущество некоторых африканских народов в беге на длинные дистанции. И это очень небольшое преимущество. Плюс аргументация достаточна слабая(но есть). И все.

              А вот если говорить про отрезки порядка 5 000+ лет, все или мешались с соседями, либо конкурировали друг с другом. На изолированные сообщества всякие американские или австралийские индейцы не тянут. А остальные просто не могли не иметь постоянных контактов с соседями. Вырезали селение соседей - захватили пару девушек подростков в услужение - вот уже обмен генетическим материалом.
              Ответить
  • Vitall  | 13.11.2006 | 19:15 Ответить
    Неандертальцы. Объем мозга на 20% больше чем у современного человека. Им же принадлежит древнейший ископаемый музыкальный инструмент. Да и остатки обрядов - позволяющие спекулировать про наличие религиозных верований - и это все на фоне полной отсталости хомо сапиенсов. Но вот ростом не вышли - метр 65(макс.) у неандертальцев. Занимались себе музыкой. Развивали искусства. А тут пришли почти двухметровые обезьяны homo и не оставили им шанса на выживание. Занимали они одну с ними нишу, соответственно конкуренция за территории. А разница в технологиях не давала существенного преимущества в те времена. Для бросания камней и орудования дубинкой много мозгов не нужно. К сожалению. Хорошо хоть некоторые гены ответственные за развитие мозга досталось нам от этой великой расы, а то так бы до сих пор и лазили по деревьям.
    Ответить
    • dims > Vitall | 13.11.2006 | 19:46 Ответить
      Скорее всего, и у нас был один или несколько прогрессивных генов. Кому достались оба набора, тот и выиграл.
      Ответить
    • PavelS > Vitall | 14.11.2006 | 00:56 Ответить
      Насколько мне известно, вымирание неандертальцев произошло по той причине, что ~40 000 лет назад современные люди (кроманьонцы) были в частности технологически прогрессивней, каменные орудия-острее и легче. Так что неандертальцы упустили свой шанс, остановившись на уровне умных обезъян. А все истории про умных неандертальцев воспевают их ну очень древние достижения, порядка 100 000-летней давности.
      Ответить
  • PavelS  | 14.11.2006 | 01:00 Ответить
    Прочитал статью и запутался, какая связь гена microcephalin с митохондриями?
    Ответить
  • А. Марков  | 14.11.2006 | 09:58 Ответить
    Никакой связи с митохондриями нет. Ген ядерный. До сих пор удавалось выделить и отсеквенировать только фрагменты митохондриальной ДНК неандертальца. А скоро, возможно, смогут выделять и ядерную ДНК из древних костей. Тогда можно будет посмотреть, какой был у неандертальца ген microcephalin - похож ли на наши D-аллели или нет.
    Ответить
  • gemmaeventus  | 19.11.2006 | 16:22 Ответить
    похоже что найдут предков великороссов = кельтов. все виды афро полинезийский - афроиндоирани и русский это один и тотже базовый аллель. от диназавра до крысы в канализацие. у них один и тот же алгоритм. вопрос в другом для этого алгоритма
    дожна быть и левая развёртка так вот она есть у аллеля кельтов .
    а то что пришли с африки. это из области фантастики. вот то что пришли в африку это да . но пришёл кто = пришёл пусковой аллель левый матричный а эти все виды пуансонные. что ищем ......
    Ответить
    • tralala > gemmaeventus | 04.01.2007 | 11:38 Ответить
      Какой бред.... с рассистким уклоном.
      Ответить
Написать комментарий


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»