Москва. INTERFAX.RU - Археологи нашли подтверждение концепции расселения древнего человека в центральной и северной Азии, сообщил журналистам заведующий отделом археологии каменного века Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН (ИАЭТ) Михаил Шуньков.

"Мы можем достаточно твердо говорить, что денисовский человек, его культура была принесена с запада на восток, из западных районов Ближнего Востока через центрально-азиатские нагорья (...) он заселял большие, огромные территории Азиатского континента, об этом говорят данные палеогенетических исследований", - сказал Шуньков.

К настоящему времени антропологический материал денисовцев найден, кроме собственно Денисовой пещеры, в Тибете и в Лаосе, однако в последнем случае найденный предположительно денисовский зуб не был исследован генетически, уточнил он.

В сезоне 2022 года в Денисовой пещере велись раскопки на новом участке, в так называемой Южной галерее, где в слое возрастом 100-120 тысяч лет было найдено каменное орудие (бифас, каменное рубило).
"Это явный маркер западных истоков той индустрии, которая фиксируется в Денисовой пещере", - отметил ученый, добавив, что денисовские бифасы примерно вдвое старше аналогичных неандертальских.
Шуньков отметил, что в целом расселение древних людей по Евразии шло двумя волнами - первая была связана с миграцией "человека прямоходящего" (Homo erectus) около 2 млн лет назад из Африки, в Сибири самые древние его следы зафиксированы также на Алтае - на памятнике Карама возрастом 600-800 тысяч лет.
"Затем наступает достаточно длительный перерыв, около 300 тысяч лет и на этой огромной территории (центральной и северной Азии - ИФ) никаких следов человеческой деятельности не зафиксировано, видимо, это было связано с ухудшением природных условий. Следующая волна распространялась с территории Ближнего Востока, шло распространение так называемого гейдельбергского человека", - сказал он.
"Гейдельбергский человек" распространялся на территорию Кавказа, Прикаспия, Центральной Азии, скрещивался с потомками "человека прямоходящего". "На этой основе сформировались неандертальцы и новая популяция ископаемого человека - денисовцы", - сказал Шуньков.
При этом, отметил он, вопросы взаимодействия денисовцев и неандертальцев, обитавших фактически на одной территории десятки тысяч лет, требуют уточнений, поскольку, например, ранние неандертальцы и денисовцы активно взаимодействовали, на более позднем этапе их культуры развивались обособленно.
Самые ранние слои Денисовой пещеры, в которых есть свидетельства обитания древних людей, в настоящее время датируются временем 300 тысяч лет назад. При этом, по его словам, все подвиды древнего человека сосуществовали, могли скрещиваться друг с другом и участвовали в формировании человека современного типа.
В Денисовой пещере в разное время обитали и неандертальцы, и отдельный подвид древних людей - денисовцы, и люди современного типа, при этом около 45 тысяч лет назад там жили представители всех трех подвидов, общее число "квартирантов" в пещере могло достигать 50 человек.

Примерно 130 тысяч лет назад "генетические следы" денисовцев из пещеры полностью исчезли и появились лишь спустя несколько десятков тысяч лет. Но это были, судя по ДНК, представители другой популяции денисовцев.
ДНК человека современного физического типа удалось обнаружить в слоях отложений, соответствующих времени возникновения археологической культуры начала верхнего палеолита, т.е. около 45 тысяч лет назад.
По археологическим данным, денисовский человек - самостоятельный подвид древних людей - появился на Алтае после прохождения мощной волны миграции с Ближнего Востока примерно 300 тысяч лет назад. Также в пещере найдены следы неандертальцев, которые обитали на Алтае 50-70 тысяч лет назад, главным образом, в соседних пещерах - Чагырской, Окладникова и Страшной.
Палеогенетические исследования показали, что у современных жителей Меланезии, Папуа-Новой Гвинеи и аборигенов Австралии сохранилось около 6% генов денисовцев. Современным жителям Евразии около 2-4% генов достались от неандертальцев.

Образно говоря, Нобелевскую премию сейчас получили человек денисовский и человек неандертальский. Но это будет уж слишком образно — всё-таки сами по себе денисовцы и неандертальцы никакими научными достижениями не славятся, да и вымерли они давным-давно. Зато они позволяют многое узнать об эволюции человека, и премию дали одному из самых выдающихся исследователей в этой области Сванте Пеэбо (Svante Pääbo) — именно благодаря его работам удалось прочитать геном неандертальца, а список видов Homo пополнился человеком денисовским. Нобелевским лауреатом Пеэбо стал за то, что сумел найти подход к доисторической ДНК, создав тем самым отдельную научную дисциплину — палеогеномику.

Неандертальцы, денисовцы и другие виды людей дошли до нас в виде разрозненных останков. Возраст останков определять давно научились, и, сравнивая их между собой, можно восстановить какие-то этапы человеческой эволюции.

Достаточно давно удалось установить, что человек разумный сформировался в Африке около 300 тыс. лет назад, а человек неандертальский появился около 400 тыс. лет назад в Европе и Передней Азии, и что около 70 тыс. лет назад человек разумный начал расселяться из Африки по другим частям света, встретил неандертальца, и какое-то время оба вида существовали бок о бок.

Какие-то подробности об их сосуществовании оставались неизвестны, хотя гипотезы были разные. Оба человека могли на дух не переносить друг друга, а могли спариваться и давать гибридное и вполне плодовитое потомство — не такое уж редкое явление в дикой природе.

Как мы знаем, человек разумный и человек неандертальский действительно скрещивались, и генетические последствия этого скрещивания достались нам, современным людям. Чтобы найти у нас следы неандертальского генома, нужно было бы проанализировать ДНК из костей неандертальцев. ДНК довольно стойкая молекула, но стойкость её относительна, и если в костях возрастом несколько десятков тысяч лет мы обнаруживаем ДНК, она часто оказывается сильно фрагментированной и модифицированной. Кроме того, её там мало, и она смешана с ДНК бактерий, растений, животных, грибов и т. д.

То есть кусочки доисторической ДНК людей нужно так прочитать (или просеквенировать), чтобы не спутать её с ДНК других живых существ, и чтобы на выходе у нас получился более или менее связный генетический текст, который можно сравнить с геномом современных людей. Именно это и удалось сделать Сванте Пеэбо и его коллегам.

Поначалу всё начиналось с ДНК митохондрий. Она содержит намного меньше генов, чем главная ДНК в клеточном ядре, но зато митохондрий в клетке очень много, и митохондриальная ДНК, соответственно, есть во многих копиях. По митохондриальной ДНК из сорокатысячелетних неандертальских останков удалось понять, что неандертальцы отличаются генетически как от современных людей, так и от шимпанзе.

Зуб денисовского человека

Дальнейшее усовершенствование методов чтения древней ДНК позволило перейти от митохондриальной ДНК к ядерной. К 2010 году Пеэбо с коллегами сумели прочитать неандертальский геном — настолько, чтобы стало возможным подробнее оценить взаимоотношения человека неандертальского и человека разумного. Одним из главных открытий стали те самые следы неандертальской ДНК в геноме современных людей. Её долю оценивают по-разному, но в целом считается, что неандертальской ДНК у нас 1–4% (хотя кто-то говорит и о 20%).

Если от неандертальцев до нас дошли многочисленные и порой весьма сохранные останки, то денисовского человека определили всего лишь по одной фаланге пальца, которую нашли в 2008 г. в Денисовой пещере на Алтае (сейчас останков денисовцев из разных частей света прибавилось, но они пока всё так же немногочисленны). ДНК в фаланге пальца оказалась на удивление сохранной, и, прочтя её, исследователи (то есть тот же Пеэбо с коллегами) поняли, что перед ними новый вид Homo. Денисовцы, как и неандертальцы, тоже «наследили» в геноме современных людей: у выходцев из Меланезии и Юго-Восточной Азии можно найти до 6% денисовской ДНК. Получается, что человек разумный, выйдя из Африки, столкнулся с двумя кузенами: человеком неандертальским в западной части Евразии и человеком денисовским в восточной части Евразии.

Многие из работ Сванте Пеэбо выполнены в теснейшем сотрудничестве с Российской академией наук. Но хотя премию ему вручили за открытия в области эволюции человека, нетрудно понять, что умение целенаправленно анализировать древнюю ДНК может пригодиться в самых разных научных областях.

По материалам Нобелевского комитета

Количественная оценка интрогрессии неандертальцев в наследуемость сложных признаков Homo sapiens sapiens

За последние 50 тыс. лет анатомически современные люди неоднократно скрещивались с архаичными группами из рода людей и в нескольких местах. В результате почти все евразийцы имеют около 2% неандертальского происхождения, что является результатом скрещивания, вскоре после того, как их предки покинули Африку. Анализ доступных исследований геномных ассоциаций и крупномасштабных данных биобанка показал, что аллели неандертальского происхождения связаны с различными признаками у современных евразийцев. Архаичная примесь у анатомически современных людей, возможно, улучшила их способность адаптироваться к различным средам, когда они распространялись по всему земному шару. Многие из архаичных аллелей влияют на признаки, которые непосредственно отвечают за взаимодействие с окружающей средой, включая иммунную систему, волосы и кожу, а также высотную адаптацию и метаболизм. Однако несмотря на эти потенциальные адаптивные преимущества имеющиеся данные позволяют предположить, что они были в значительной степени вредны для анатомически современных людей. Несколько линий доказательств подтверждают отбор против участков ДНК неандертальского происхождения в большинстве функциональных областей генома человека. Это может быть объяснено тем, что у неандертальцев эффективный размер популяции был меньше, чем у анатомически современных людей, в результате чего из-за низкой эффективности отбора они накопили вредоносные аллели, которые в последствии подверглись более эффективному отбору у людей современной анатомии. Также, возможно, что из-за несовместимости смешанного потомства и вредоносных эпистатических взаимодействий, суть которых заключается в наличии генов, подавляющих фенотипические проявления других генов между аллелями неандертальцев и анатомически современных людей, снижалась приспособленность гибридного потомства. Однако были отмечены и участки с положительным отбором неандертальских вариантов. Поэтому учитывая широкие доказательства отрицательного отбора в отношении аллелей неандертальцев в функциональных регионах ДНК современного человека в сочетании с доказательствами положительного отбора по конкретным интрогрессированным аллелям неандертальцев, назрела необходимость более всесторонне охарактеризовать и согласовать функциональные эффекты интрогрессированных аллелей на изменение различных признаков у анатомически современных людей.

В недавно опубликованной работе, авторы при помощи хорошо зарекомендовавшего себя полногеномного поиска ассоциаций (GWASs) для 405 различных признаков попытались охарактеризовать влияние примеси неандертальцев на наследуемость сложных признаков у европейцев и определить тенденции в направлении влияния интрогрессированных вариантов на эти признаки. А также понять, как интрогрессия неандертальцев могла способствовать адаптации к неафриканской среде.

Сразу упрощённо поясню, что сложными называют такие признаки, которые состоят из двух и более простых признаков и контролируются несколькими неаллельными генами (т.е. являясь полигенными). Помимо этого, сложные признаки могут быть результатом биохимических процессов в которых взаимодействуют продукты работы нескольких генов. Примеры сложных признаков включают пол, рост, циркадные ритмы и т.д.

Результаты

Новые данные демонстрируют, что области генома, сохраняющие элементы ДНК неандертальцев лишены наследуемости по всем рассматриваемым признакам, за исключением тех, которые связаны с кожей и волосами.

Хотя неандертальцы, которые внесли вклад в евразийские популяции людей современной анатомии ближе к представителям пещеры Виндия, существует небольшое увеличение показателя наследуемости нескольких признаков среди аллелей с более древним неандертальским происхождением, как у алтайских неандертальцев, включая аутоиммунные расстройства, черты волос и кожи, хронотип или особенности суточных ритмов организма, плотность костной ткани, емкость легких и время наступления менопаузы.

За исключением вариантов, связанных с риском болезни Крона – воспалительным заболеванием желудочно-кишечного тракта, которые только на 50% присутствовали у алтайских неандертальцев, остальные, вероятно, моложе, потому как они отмечены только у представительницы неандертальцев Виндии.

По мнению авторов исследования, интрогрессированные аллели, совпадающие с таковыми у алтайских представителей, вероятно, с большей частотой встречались в различных популяциях неандертальцев и, таким образом, с меньшей вероятностью имели сильные вредные эффекты, чем более молодые интрогрессированные аллели неандертальцев. Стоит отметить, что популяции неандертальцев, которые жили в Евразии между 250 и 38 тыс. лет назад, никогда не были многочисленными, они были разбиты на небольшие взаимосвязанные группы, примерно, по 20 человек, с максимальной общей численностью до 70 тыс. в Микулинское межледниковье, около 120 тыс. лет назад.

Суммируя закономерности наследуемости по областям признаков, авторы работы обнаружили, что наследуемость дерматологических, эндокринных и респираторных признаков последовательно увеличивается для более древних неандертальских вариантов, как у алтайских представителей, в то время как показатель наследуемости неандертальских областей ДНК, отвечающих за когнитивные и офтальмологические признаки, снижен.

Кроме того, несколько областей признаков демонстрируют различные модели наследуемости, например, среди психиатрических, показатель наследуемости участков, отвечающих за поведенческие расстройства, вызванные употреблением табака выше, в то время как наследуемость интрогрессированных вариантов, связанных с темпераментом и личностными функциями ниже. Среди репродуктивных признаков также есть участки с противоположными показателями наследуемости.

Используя два метода оценки направленности влияния вариантов на признаки, авторы обнаружили однонаправленные отклонения для интрогрессированных аллелей с риском облысения, более молодым возрастом менопаузы, риском солнечных ожогов, вынужденным увеличением форсированной жизненной емкости легких и предпочтением просыпаться рано утром.

Для объяснения результатов, авторы работы предложили модель, которая связывает наблюдаемые закономерности наследуемости и направление эффекта с гипотезами об избирательном давлении на интрогрессированные гаплотипы.

При этом наблюдается 4 основных параллельных сценария:

1. Большинство признаков демонстрируют снижение показателя наследуемости интрогрессированных вариантов и отсутствие смещения в направлении эффекта. Это предполагает отбор против интрогрессированных вариантов, которые повлияли на эти черты.

2. У некоторых вариантов наблюдается противоположная картина. Увеличение показателя наследуемости в интрогрессированных вариантах и направленное смещение в сторону их действия предполагает, что неандертальская примесь дала функциональные аллели, которые были положительно отобраны у людей современной анатомией. Например, увеличение показателя наследуемости аллелей, связанных с риском солнечных ожогов и загаром, схожих с таковыми у алтайских неандертальцев, и увеличение этого эффекта у анатомически современных людей предполагает, что эти интрогрессированные аллели снижали защиту волос и кожи от воздействия ультрафиолетового излучения, что могло быть полезным приобретением для адаптации к жизни в более высоких широтах.

3. Отдельные признаки, такие как риск аутоиммунных заболеваний и количество лейкоцитов, имеют повышенную наследуемость неандертальских вариантов у людей современной анатомии, но не имеют направленного смещения в пользу какого-либо эффекта. Это может быть объяснено тем, что интрогрессия, вероятно, способствовала увеличению разнообразия черт, что было полезно, поскольку люди адаптировались к неафриканской среде.

4. Помимо вышеперечисленных, такие черты, как анорексия и шизофрения, демонстрируют снижение наследуемости среди интрогрессированных вариантов, но, в отличие от большинства черт со снижающимся показателем наследуемости, оставшиеся варианты неандертальцев имеют склонность к защитным эффектам. Авторы предполагают, что такой сценарий мог быть вызван отрицательным отбором, который удаляет большинство интрогрессированных аллелей, влияющих на признак, в сочетании с отбором для небольшого числа интрогрессированных защитных аллелей, которые имеют самую сильную корреляцию с защитной пользой от более сильных проявлений анорексии и шизофрении и соответствуют алтайским, а именно более древним неандертальским вариантам.

Таким образом, результаты работы выявляют различные сценарии отбора по отношению к неандертальским вариантам, связанным с различными признаками. Поэтому интрогрессированные варианты, которые остаются в геномах анатомически современных людей, являются результатом сложных селективных и демографических процессов после примеси.

Здесь стоит отметить, что в исследовании использовались данные биобанка Великобритании и, хотя в нём собрано довольно много образцов (около 500 тыс.), у людей из других регионов могут быть обнаружены неандертальские участки в других частях генома, а также со своим специфическим влиянием и отбором.

Нейросеть и архаичная примесь у современных людей

В другой научной работе, которая была опубликована в этом же году, авторы сообщили о поиске адаптивных участков архаичной примеси у современных людей при помощи свёрточной нейронной сети. В работе были использованы данные международного проекта 1000 геномов и меланезийские образцы для исследования вклада от денисовцев.

В результате, помимо ранее описанных аллелей, которые отчасти упоминаются в работе из первого раздела ролика, авторы отыскали кандидатов на адаптивную интрогрессию у европейцев, полученную от неандертальцев, в регионах ответственных за состав крови, включая количество тромбоцитов, эритроцитов и лейкоцитов.

А в качестве адаптивного вклада от денисовцев в геноме меланезийцев, авторы отметили области, содержащие гены, участвующие в развитии кожи, метаболизме, заболеваниях крови, как тромбоцитопения, к примеру, а также в подавлении опухолей и неврологических заболеваниях.

Группы крови неандертальцев и денисовцев

Ещё в одной работе авторы проанализировали группы крови неандертальцев и денисовцев, чтобы отследить истоки текущего человеческого разнообразия и обсудить аспекты здоровья и уязвимости архаичных популяций. Для этого были использованы ранее опубликованные высококачественные ядерные геномы от трех представительниц неандертальцев и одной денисовцев.

Группы крови или различные сочетания антигенов эритроцитов, являются мощными антропологическими маркерами. На сегодняшний день, международным обществом переливания крови зарегистрировано более 380 специфических групп крови, сгруппированных в 40 систем. При переливании обычно проводится тщательное исследование шести из них: AB0, Rh, Kell, Duffy, Kidd и MNS.

Географическое распределение фенотипов и генотипов отражает прошлые миграции человека и естественный отбор, а сравнение с приматами позволяет с точностью определить их эволюционную и миграционную траекторию.

В системе AB0 авторы обнаружили наиболее распространенные фенотипы, присутствующие в современных человеческих популяциях. Они представлены 0 (I) группой у денисовской девочки Денисова 3, A (II) у неандертальских женщин Денисова 5 и Чагырская 8 и B (III) у неандерталки Виндия 33.19.

Также анализ архаичных групп крови подтверждает африканские корни предков неандертальцев и денисовцев.

Помимо этого, новый частичный аллель гена RHD обнаруженный у неандертальцев из исследования, ранее в работе 2019 г. был описан как новый у коренного австралийца. Таким образом, этот полиморфизм не является новым вариантом в историческом смысле этого слова, поскольку он уже присутствовал около 100 тыс. лет назад у неандертальцев. При этом моделирование показывает, что этот аллель попал к современным людям от неандертальцев Леванта до 65 тыс. лет назад, а не от общего с ними предка.

Хотя для подтверждения предположения авторов потребуется дальнейший анализ, этот результат подливает масло в огонь дискуссий о событиях смешения между разными линиями людей, а также о раннем расселении Homo sapiens через Аравийский полуостров в сторону Австралии и Океании.

Анализ генов ABO и FUT2 подтверждает тот факт, что патогены сыграли важную роль в выживании и отборе генетических вариантов у современных и архаичных представителей рода людей. Так, наличие двух несекреторных полиморфизмов FUT2 у неандертальцев и денисовцев, которые на сегодняшний день не обнаружены у нечеловеческих приматов, придает большую устойчивость к некоторым вирусам, в частности с заметным сопротивлением инфекции которая является одной из основных причин острого гастроэнтерита во всем мире.

Хотя ген FUT2 мог развиться нейтрально у людей до отбора, учитывая, что гоминиды, вероятно, являлись носителями некоторых вирусов, норовирус или ему подобные могли существовать ещё 90 тыс. лет назад в Евразии, вызывая достаточную смертность у маленьких детей, чтобы выбрать два конвергентных аллеля FUT2.

Помимо вышеперечисленного, новое исследование подчеркивает неблагоприятные характеристики, которые могли привести к «демографической нестабильности». Эта нестабильность могла быть вызвана двумя факторами: низким генетическим разнообразием и возможным присутствием гемолитической болезни плода и новорожденного. Кстати здесь можно провести параллели с басками.

Действительно, большое количество общих аллелей в четырех архаичных геномах, несмотря на их географическое и временное распределение, может быть связано с инбридингом у неандертальцев, что, как известно, является источником низкой адаптивности. А в целом, эти процессы, в сочетании с конкуренцией с Homo sapiens за ту же экологическую нишу, могли способствовать ослаблению потомков до такой степени, что они погибали. И в итоге неандертальцы вымерли.

Профили групп крови выявили полиморфизм в локусе ABO, предковые аллели африканского происхождения, а также гаплотип резус-фактора, который в настоящее время изолирован в Океании, этот гаплотип, вероятно, сохранился со времён примеси с архаичными популяциями до их миграции в Юго-Восточную Азию.

Дополнительным вкладом является снижение изменчивости многих аллелей и возможное наличие гемолитической болезни плода и новорожденного. Всё это усиливает представление о высоком инбридинге, слабой демографии и плохом репродуктивном успехе поздних неандертальцев, что в свою очередь способствовало распространению нашего вида по всему миру.

Упомянутые работы приближают нас к пониманию сложных процессов эволюции людей и причин вымирания неандертальцев. Думаю, что продолжение долго себя ждать не заставит...

Источники:

1. McArthur, E., Rinker, D.C. & Capra, J.A. Quantifying the contribution of Neanderthal introgression to the heritability of complex traits. Nat Commun 12, 4481 (2021). doi.org/10.1038/s41467-021-24582-y
2. Detecting adaptive introgression in human evolution using convolutional neural networks Graham Gower, Pablo Iáñez Picazo, Matteo Fumagalli, Fernando Racimo Lundbeck doi.org/10.7554/eLife.64669
3. Condemi S, Mazières S, Faux P, Costedoat C, Ruiz-Linares A, Bailly P, et al. (2021) Blood groups of Neandertals and Denisova decrypted. PLoS ONE 16(7): e0254175. doi.org/10.1371/journal.pone.0254175