При гибридизации неандертальские гены активнее распространялись мужчинами, а сапиентные — женщинами

Рис. 1. Суть обсуждаемой статьи в одной картинке: в смешанных группах мужчины с высокой долей неандертальских генов скрещивались с женщинами сапиентного облика чаще, чем сапиентные мужчины — с неандерталоидными женщинами. Изображение сгенерировано ChatGPT 5.4

По мере развития палеогенетики и биоинформатики идентификация участков генома, полученных сапиенсами от неандертальцев и наоборот, становится всё более точной. Ранее было показано, что у сапиенсов в X-хромосомах гораздо меньше неандертальских примесей, чем в аутосомах. Американские генетики обнаружили, что у неандертальцев всё наоборот. Анализ геномов трех неандертальских женщин показал, что у них в X-хромосомах сапиентных примесей больше, чем в аутосомах. Наблюдаемую картину нельзя объяснить ни селективным преимуществом сапиентных X-хромосом, ни преимущественной миграцией в чужие группы женщин-сапиенсов и мужчин-неандертальцев. Правдоподобным объяснением является половая избирательность в смешанных популяциях: мужчины с высокой долей неандертальских генов скрещивались с сапиентными женщинами чаще, чем сапиентные мужчины — с неандерталоидными женщинами. При этом остаются в силе прежние выводы о частичной репродуктивной несовместимости двух видов, которая проявлялась в отборе против чужеродных примесей и у сапиенсов, и у неандертальцев.

Изучение неандертальских примесей в геномах современных людей продвигается быстро и уже дало много интересных результатов (см. ссылки в конце новости). Изучение сапиентных примесей в геномах неандертальцев идет медленнее, прежде всего из-за малого числа качественно отсеквенированных неандертальских геномов.

Если не считать только что опубликованного генома Denisova 17, о котором мы скоро расскажем на «Элементах», в распоряжении ученых есть лишь три хороших неандертальских генома: Denisova 5 (120 тысяч лет, Алтай), Chagyrskaya 8 (80 тысяч лет, Алтай) и Vindija 33.19 (54 тысячи лет, Хорватия). Все три генома — женские. Геном Denisova 5 отсеквенирован лучше всех, и поэтому его часто используют в качестве «эталонного» неандертальского генома, а иногда вообще только им и ограничиваются в ходе анализа.

Поскольку неандертальских геномов мало, а сапиентных — сколько угодно, причем из любых регионов и из разных эпох, неандертальскую примесь в генофонде сапиенсов выявить проще, чем сапиентную — в генофонде неандертальцев. Например, если мы видим у данного сапиенса участок генома (гаплотип) с повышенным уровнем сходства с Denisova 5, то это может обьясняться разными причинами. В том числе: (1) неполной сортировкой древнего полиморфизма (см. Incomplete lineage sorting), (2) привносом неандертальского участка в сапиентный геном, (3) привносом сапиентного участка в неандертальский геном, или даже (4) случайностью. Вторую гипотезу подтвердить проще, чем третью, потому что мы можем ориентироваться на частоту встречаемости гаплотипа в разных популяциях современных людей. Например, если гаплотип встречается во всех внеафриканских популяциях сапиенсов с частотой 1–5%, но отсутствует у населения Африки к югу от Сахары, то это серьезный аргумент в пользу того, что мы имеем дело с фрагментом неандертальского генома, который попал в генофонд внеафриканских сапиенсов, когда они гибридизовались с неандертальцами 55–45 тысяч лет назад на Ближнем Востоке, перед тем как расселиться по Евразии. В обратную сторону такой подход не работает: у нас просто нет данных по частотам встречаемости гаплотипов в разных популяциях неандертальцев.

Тем не менее в последние годы наблюдается заметный прогресс в изучении сапиентных примесей в геноме неандерталки Denisova 5 и, в меньшей степени, двух других неандерталок с хорошо отсеквенированными геномами. Прогресс обусловлен не столько новыми данными, сколько новыми идеями и методами. Одна из плодотворных идей состоит в том, что у неандертальцев, в связи с низкой численностью их популяций, уровень гетерозиготности в среднем значительно ниже, чем у сапиенсов, однако он повышен в тех участках, где есть сапиентная примесь (см. L. Li et al., 2024. Recurrent gene flow between Neanderthals and modern humans over the past 200,000 years). Этот подход позволил показать, что у всех трех хорошо отсеквенированных неандертальцев есть значительная сапиентная примесь, полученная 200–250 тысяч лет назад. Возможно, был еще один, менее значительный эпизод привноса сапиентных генов около 100 тысяч лет назад, который не затронул Denisova 5 (она жила раньше этой даты).

Другая полезная идея состояла в том, что нужно тщательно изучить геномы современных африканцев, живущих к югу от Сахары. У них меньше всего неандертальских примесей (это стало понятно сразу по прочтении первого чернового неандертальского генома), и поэтому именно их геномы могуть дать наилучшую референсную базу для поиска сапиентных вкраплений в геномах неандертальцев.

Проблема в том, что у африканцев все-таки встречаются неандертальские примеси, привнесенные мигрантами — другими сапиенсами, которые получили свою порцию неандертальских генов за пределами Африки, а потом вернулись на историческую родину.

В 2023 году группа ученых под руководством Сары Тишкофф из Университета Пенсильвании разработала методику, позволяющую разделить фрагменты африканских геномов, сходные с неандертальскими (NHRs, Neanderthal homologous regions), на две группы: полученные неандертальцами от древних сапиенсов (AMHIRs, Anatomically Modern Human introgressed regions) и полученные сапиенсами от неандертальцев (NIRs, Neanderthal introgressed regions). Метод основан на том, что NIRs отличаются от альтернативных гаплотипов, встречающихся у африканских сапиенсов в том же локусе, сильнее, чем AMHIRs (см. D. N. Harris et al., 2023. Diverse African genomes reveal selection on ancient modern human introgressions in Neanderthals; суть метода отражена на рис. 3 “Classifying NHRs as NIRs and AMHIRs” из этой статьи).

В результате выяснилось, что африканские популяции к югу от Сахары сильно различаются по доле неандертальских примесей (NIRs). Как и следовало ожидать, доля NIRs коррелирует с долей внеафриканского генетического наследия у данной народности. В контексте поиска сапиентных вкраплений в неандертальских геномах самым важным результатом стало выявление нескольких популяций, практически свободных от неандертальских примесей. В основном это народы, говорящие на койсанских языках с щелкающими согласными. У них практически все NHRs — это AMHIRS, а доля неандертальской ДНК не превышает 0,1%.

Использование геномов этих людей в качестве отправной точки позволило радикально уточнить карту сапиентных примесей в геноме Denisova 5. Оказалось, что у этой неандертальской женщины, жившей на Алтае 120 тысяч лет назад, сапиентные примеси составляют около 6% генома. Для двух других неандерталок количественные оценки менее надежны, но там тоже речь идет о нескольких процентах.

Главный результат статьи 2023 года состоит в том, что в участках генома, в которых у сапиенсов нет неандертальских примесей (эти участки называют «неандертальскими пустынями») у неандертальцев тоже резко снижено число сапиентных фрагментов (AMHIRSs). Это согласуется с общепринятой трактовкой «неандертальских пустынь» как участков, в которых находятся дивергировавшие аллели, конфликтующие с чужеродным генетическим окружением у неандертало-сапиентных гибридов (см. Между сапиенсами и неандертальцами существовала частичная репродуктивная изоляция, «Элементы», 03.02.2014).

С 2014 года мы знали, что отбор вычищал из генофонда сапиенсов неандертальские аллели в этих участках. В 2023 году мы узнали, что у неандертальцев отбор тоже вычищал из этих участков чужеродные (в данном случае сапиентные) аллели. Это — мощное подтверждение идеи о том, что сапиенсы и неандертальцы находились на довольно продвинутом этапе видообразования. Между ними уже существовала частичная постзиготическая репродуктивная изоляция, обсуловленная накоплением конфликтующих аллелей (о модели Добржанского — Мёллера, описывающей, как и почему в разобщенных популяциях накапливаются конфликтующие аллели, рассказано в новости Генетическая несовместимость нарастает по параболе, «Элементы», 26.09.2010).

В исследовании 2023 года рассматривались неандертальские аутосомы. Новая статья Тишкофф и ее коллег, опубликованная в журнале Science, посвящена X-хромосоме. Известно, что у сапиенсов в X-хромосоме доля неандертальских заимствований резко понижена по сравнению с аутосомами. Это может объясняться разными причинами. Главное, что каждая из возможных гипотез позволяет сделать конкретные предсказания относительно того, как должны соотноситься сапиентные заимствования в аутосомах и Х-хромосомах у неандертальцев. Наконец-то у ученых появилась возможность проверить эти предсказания (см. Таблицу).

Таблица. Гипотезы о причинах низкой доли неандертальских заимствований в Х-хромосомах по сравнению с аутосомами у современных людей и вытекающие из этих гипотез предсказания о сапиентных заимствованиях у неандертальцев

Для индентификации сапиентных заимствований в X-хромосомах трех неандерталок авторы использовали 73 генома африканок из трех современных африканских популяций, для которых ранее было показано почти полное отсутствие неандертальских примесей: !Xoo и Ju|’hoansi из Ботсваны и Chabu из Эфиопии.

Первым делом исследователи оценили общее количество сапиентных примесей в неандертальских Х-хромосомах. Оказалось, что у Denisova 5 сапиентных фрагментов на Х-хромосомах в 1,62 раза больше, чем на аутосомах. У сапиенсов, напомним, картина обратная: на X-хромосомах неандертальских примесей гораздо меньше, чем на аутосомах. В Х-хромосомах Chagyrskaya 8 и Vindija 33.19 тоже больше сапиентных примесей, чем в аутосомах (в 2,3–2,4 раза, судя по графикам, приведенным в дополнительных материалах к обсуждаемой статье, хотя нужно помнить, что эти геномы прочтены не так качественно и выводы по ним менее надежны).

Этот неожиданный результат позволяет отвергнуть гипотезу, согласно которой недостаток неандертальских примесей на сапиентных Х-хромосомах полностью объясняется отбором против конфликтующих аллелей, которые на X-хромосоме накапливаются быстрее (верхняя строка в таблице). Если бы дело было в межлокусных конфликтах, у неандертальцев на Х-хромосомах тоже было бы меньше примесей, чем на аутосомах.

Тогда, может быть, дело в том, что сапиентные X-хромосомы вообще лучше неандертальских? Это не пустая фантазия, а разумное предположение, основанное на том, что неандертальцы были малочисленнее сапиенсов и поэтому слабовредные аллели у них должны были чаще закрепляться под действием дрейфа. При этом на Х-хромосоме генетический груз, по идее, может накапливаться быстрее, чем на аутосомах, поскольку эффективная численность Х-хромосом на 25% ниже, чем аутосом (каждая аутосома у каждого человека в двух экземплярах, а Х-хромосома у мужчин только одна).

Но если всё дело в генетическом грузе и общем преимуществе сапиентных Х-хромосомных аллелей над неандертальскими, то сапиентные примеси на неандертальских Х-хромосомах должны чаще встречаться в функционально важных участках. В действительности, как выяснилось, всё наоборот: сапиентные примеси преобладают в нефункциональных участках неандертальской Х-хромосомы. Такая же картина наблюдается и в аутосомах сапиенсов и неандертальцев. Из этого следует два вывода:

1) Снова подтверждается тезис о частичной репродуктивной несовместимости и довольно далеко зашедшем процессе видообразования. В Х-хромосомах и у сапиенсов, и неандертальцев, как и в аутосомах, успели накопиться аллели, конфликтующие с чужим генетическим окружением. Отбор потом старательно вычищал эти аллели из гибридных генофондов. Этот отбор против чужеродных аллелей наверняка уменьшил долю сапиентных примесей в Х-хромосомах неандертальцев по сравнению с исходной (сразу после гибридизации), но она всё равно осталась более высокой, чем в аутосомах.

2) Обилие сапиентных аллелей в Х-хромосомах неандертальцев, равно как и сниженная доля неандертальских примесей в Х-хромосомах сапиенсов, не могут быть объяснены селективным преимуществом сапиентных Х-хромосом над неандертальскими. Может быть, сапиентные Х-хромосомы и были в целом «лучше» неандертальских — но не настолько, чтобы объяснить наблюдаемую картину. А может, и вовсе не были — четких доказательств пока нет.

Таким образом, получается, что наблюдаемое соотношение чужеродных примесей в аутосомах и Х-хромосомах у сапиенсов и неандертальцев нельзя объяснить естественным отбором (две верхние строки в таблице).

Остается гипотеза асимметричного смешивания, то есть преимущественного участия в гибридизации мужчин-неандертальцев и женщин-сапиенсов (две нижние строки в таблице). Эта гипотеза подразделяется на два варианта, для оценки которых авторы прибегли к компьютерному моделированию.

Первый вариант — асимметричная миграция. Можно ли объяснить наблюдаемую картину тем, что к группам сапиенсов присоединялось больше неандертальских мужчин, чем женщин, а к группам неандертальцев — больше женщин-сапиенсов, чем мужчин? Если допустить отсутствие половых предпочтений — то есть предположить, что в смешанной популяции после прихода чужаков все скрещиваются друг с другом свободно, без расовых предрассудков, — то для объяснения наблюдаемого 1,62-кратного преобладания сапиентных примесей в неандертальских Х-хромосомах требуются сложные модели с множественными последовательными миграциями.

Представим себе крайний случай: к группе неандертальцев присоединяется несколько (неважно, сколько) женщин-сапиенсов и ни одного мужчины. При отсутствии половых предпочтений это приведет к тому, что в смешанной популяции соотношение сапиентных примесей в Х-хромосомах и аутосомах будет больше 1, но не больше 4/3. Даже дополнительные раунды миграции сапиентных женщин в эту смешанную популяцию не могут привести к соотношению, превышающему 4/3 (1,333...). Чтобы довести соотношение до уровня, наблюдаемого у Denisova 5 (1,62), нужны сложные ухищрения. Например, нужно, чтобы в одну неандертальскую популяцию пришли сапиентные женщины без мужчин, а потом из этой популяции, в которой установилось соотношение, близкое к 4/3, группа женщин (опять-таки без мужчин) перешла бы в другую неандертальскую популяцию (расчеты и формулы приведены в дополнительных материалах к обсуждаемой статье). Такие объяснения на научном жаргоне называют «непарсимоничными», а на простом языке «притянутыми за уши».

Кроме того, в рамках этой гипотезы приходится допустить, что к сапиентным популяциям почему-то чаще присоединялись чужаки мужского пола, чем женского. Это предположение тоже не страдает излишней парсимоничностью. Ведь неандертальцы, скорее всего, были патрилокальными (как и наши ближайшие родственники шимпанзе и бонобо): молодые женщины переходили в другую группу, а мужчины оставались в своей (см. Неандертальцы жили маленькими группами и ели друг друга, «Элементы», 13.01.2011; Поздние алтайские неандертальцы были малочисленны и патрилокальны, «Элементы», 24.10.2022).

В общем, этот вариант не исключен, но крайне маловероятен.

Второй вариант — избирательность скрещиваний. Самое простое (парсимоничное) объяснение наблюдаемой картины состоит в том, что в смешанных неандертало-сапиентных группах существовала половая избирательность. В этом случае не нужно придумывать громоздких моделей с сомнительными допущениями вроде матрилокальных неандертальцев, которые, вопреки своей матрилокальности, почему-то принимали в свои группы сапиентных женщин. Для исчерпывающего объяснения наблюдаемого распределения чужеродных примесей в Х-хромосомах и аутосомах как у сапиенсов, так и у неандертальцев достаточно предположить, что в смешанных группах мужчины с преобладанием неандертальских генов чаще скрещивались с сапиентными женщинами, чем неандерталки — с сапиентными мужчинами. Детали и формулировки могут варьировать, и мы не знаем, в чем именно выражалась избирательность. Может быть, неандерталоидные мужчины были без ума от сапиентных женщин, или неандерталок воротило от мужчин с сапиентными чертами, или сапиентные мужчины вообще никому не нравились, или сапиентные женщины в целом считались более привлекательными, а мужчины-неандертальцы доминировали в смешанных группах, и так далее — здесь остается большой простор для фантазии. Сами авторы имитировали половую избирательность в своих моделях следующим образом. Они моделировали смешанную популяцию, где изначально было 95–97% чистокровных неандертальцев и 3–5% сапиенсов. В последующих поколениях они условно считали индивидов, имеющих менее 25% аутосомных сапиентных примесей, «неандертальцами», а всех остальных — «гибридами». Плодотворные брачные союзы неандертальцев с неандертальцами и гибридов с гибридами заключались случайным образом в соответствии с частотой встречаемости в популяции тех и других. Но вот скрещивания между мужчинами-неандертальцами и гибридными женщинами происходили чаще, чем между гибридами-мужчинами и неандерталками. Чтобы объяснить наблюдаемое соотношение сапиентных примесей в Х-хромосомах и аутосомах неандертальцев (1,62), соотношение этих двух типов скрещиваний должно быть порядка 6:1.

Исследование основано на новых идеях и ранее не опробованных методах, а также на по-прежнему скудном неандертальском материале. Поэтому вывод о половой избирательности не следует считать окончательным. Главное достоинство этой гипотезы в том, что она предлагает единое простое объяснение сразу для двух фактов, на первый взгляд плохо согласующихся друг с другом. Первый факт — почти полное отсутствие неандертальских примесей на Х-хромосомах сапиенсов, второй — неожиданно высокая доля сапипентных примесей на Х-хромосомах неандертальцев.

Выглядит интригующей мысль, что предполагаемая избирательность (больше скрещиваний неандерталоидных мужчин с сапиентными женщинами, чем наоборот) была одной и той же во время двух разных эпизодов гибридизации, разделенных большим временным интервалом. Ведь предкам Denisova 5 порция сапиентных генов досталась 200–250 тысяч лет назад, а предки современного внеафриканского человечества получили свою неандертальскую примесь 45–55 тысяч лет назад.

Исследование дало новые подверждения двум важным идеям:

1) Гибридизация сапиенсов с неандертальцами происходила неоднократно, с потоком генов в обе стороны.

2) Между сапиенсами и неандертальцами уже 200 тысяч лет назад существовала заметная постзиготическая репродуктивная изоляция, то есть они уже тогда находились на продвинутой стадии видообразования.

Внимательный читатель может заметить, что выводы обсуждаемой статьи плохо стыкуются с двумя другими исследованиями, освещавшимися на «Элементах»:

1. Сообщение об отсутствии сапиентных примесей в геномах европейских неандертальцев

Предпринятая в 2018 году попытка найти в геномах поздних европейских неандертальцев сапиентную примесь не увенчалась успехом (см. В геномах поздних европейских неандертальцев не удалось обнаружить следов гибридизации с сапиенсами, «Элементы», 26.03.2018). Исследования последних трех лет показывают, что как минимум у одного из этих неандертальцев (Vindija 33.19) сапиентная примесь точно есть. Но это не «недавняя» примесь, связанная с приходом верхнепалеолитических сапиенсов в Европу, а более древняя. Остальные геномы поздних европейских неандертальцев слишко плохо прочтены для уверенных выводов. Неудача исследования 2018 года объясняется, помимо низкого качества геномов, ориентацией на поиск именно недавних примесей, а также отсутствием в то время достаточно надежных методов идентификации сапиентных примесей у неандертальцев.

2. Гипотеза о том, что исконные неандертальские митохондрии и Y-хромосомы были вытеснены сапиентными вариантами в результате древнего эпизода гибридизации

Эта идея считается самым правдоподобным объяснением того факта, что неандертальские Y-хромосомы и митохондриальные геномы ближе к сапиентным, чем к денисовским, хотя в действительности (по ядерным геномам) неандертальцы ближе к денисовцам, чем к сапиенсам (см. У поздних неандертальцев почти все гены Y-хромосомы вытеснились человеческими, «Элементы», 28.09.2020).

Предполагаемая в обсуждаемой работе половая избирательность неплохо согласуется с гипотезой о вытеснении неандертальских митохондрий сапиентными. Ведь митохондрии передаются по женской линии, а неандертальцы и сапиентные женщины хорошо ладили друг с другом. С Y-хромосомой сложнее. На основе половой избирательности можно было бы, наоборот, ожидать вытеснения сапиентных Y-хромосом неандертальскими.

Однако это рассуждение верно только в том случае, если мы предполагаем, что сама по себе сапиентная Y-хромосома не давала своим носителям селективного преимущества. Гипотеза о вытеснении неадертальских Y-хромосом сапиентными изначально как раз и предполагала такое преимущество. Может быть, к Y-хромосоме приложимо то рассуждение, которое мы выше рассматривали (и отвергли) для Х-хромосомы: поскольку неандертальцы были малочисленнее сапиенсов, в их Y-хромосоме могло накопиться больше мутационного груза. Это чуть более правдоподобно для Y-хромосомы, чем для Х-хромосомы, потому что эффективная численность Х-хромосом составляет 0,75, а Y-хромосом — 0,5 от численности аутосом. Существуют даже кое-какие эмпирические подтверждения быстрого накопления вредных мутаций на Y-хромосомах неандертальцев (см. F. L. Mendez et al., 2016. The Divergence of Neandertal and Modern Human Y Chromosomes).

Поэтому не исключено, что сапиентные Y-хромосомы были просто-напросто лучше неандертальских. В таком случае отбор мог их поддерживать невзирая на то, что во всем остальном сапиентные мужчины проигрывали своим неандерталоидным соплеменникам.

Кроме того, хотя гипотеза о вытеснении и считается весьма правдоподобной, она еще не является доказанным фактом. Наблюдаемую картину можно объяснить не только закреплением сапиентных митохондрий и Y-хромосом у неандертальцев, но и другими причинами. Например, распространением у денисовцев митохондрий и Y-хромосом, полученных от каких-то допотопных эректусов или гейдельбергских людей, с которыми денисовцы, как известно, скрещивались (см. У алтайских неандертальцев найдены гены архаичных сапиенсов, а у денисовцев — гены гейдельбергских людей, «Элементы», 25.02.2016). Впрочем, эта версия не объясняет, откуда взялась мтДНК денисовского типа у предков неандертальцев из Сима де лос Уэсос, живших 430 тысяч лет назад (см. Прочтен митохондриальный геном гейдельбергского человека: предки неандертальцев оказались родственниками денисовцев по материнской линии, «Элементы», 16.12.2013).

Будем надеяться, что новые качественно прочтенные неандертальские геномы прольют еще больше света на историю взаимоотношений неандертальцев и сапиенсов. Один такой геном, четвертый по счету, опубликован в конце марта, и мы постараемся о нем рассказать в одной из ближайших новостей.

Источник: Alexander Platt, Daniel N. Harris, Sarah A. Tishkoff. Interbreeding between Neanderthals and modern humans was strongly sex biased // Science. 2026. V. 391 (6788). P. 922–925.

См. также о гибридизации сапиенсов с неандертальцами:
1) Между сапиенсами и неандертальцами существовала частичная репродуктивная изоляция, «Элементы», 03.02.2014.
2) Геном древнего обитателя Западной Сибири проливает свет на историю заселения Евразии, «Элементы», 27.10.2014.
3) Неандертальские гены влияют на здоровье современных людей, «Элемекнты», 20.02.2016.
4) У алтайских неандертальцев найдены гены архаичных сапиенсов, а у денисовцев — гены гейдельбергских людей, «Элементы», 25.02.2016.
5) В геномах поздних европейских неандертальцев не удалось обнаружить следов гибридизации с сапиенсами, «Элементы», 26.03.2018.
6) У поздних неандертальцев почти все гены Y-хромосомы вытеснились человеческими, «Элементы», 28.09.2020.
7) Происхождение человечества в свете новых данных палеоантропологии и генетики, «Элементы», 15.02.2021.
8) Неандертальские гены помогли сапиенсам, вышедшим из Африки, перенастроить циркадный ритм, «Элементы», 04.01.2024.
9) Череп ребенка из пещеры Схул подтверждает раннюю гибридизацию сапиенсов и неандертальцев, «Элементы», 11.09.2025.

Александр Марков