В новой работе палеогенетиков под руководством Сванте Паабо, из германского Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Лейпциге, исследователи сообщают о третьем по счёту неандертальском геноме, секвенированном с высоким охватом.

Объектом исследования стала представительница неандертальцев из Чагырской пещеры в южной части Алтайского края, проживавшая там около 60-80 тыс. лет назад.

Неандертальцы, населявшие Европу и Западную Азию, распространились на восток, до Алтая на юге Сибири, но географическое происхождение и время прибытия популяций неандертальцев остаются нерешенными. В результате раскопок в Чагырской пещере было обнаружено 90 тыс. каменных и костяных артефактов и 74 фрагмента окаменелостей неандертальца, а также останки животных и растений, извлеченные из слоёв, возрастом от 59 до 49 тыс. лет. В предыдущей работе уже описывались находки из пещеры, но об этом упомяну чуть позже.

А по результатам новой работы, представительница Чагырской пещеры оказалась генетически ближе к европейским неандертальцам, чем к более древним неандертальцам из Денисовой пещеры, расположенной в 106 км восточнее Чагырской. Помимо этого, в Денисовой пещере были найдены останки девочки, у которой отцом был денисовец, а мать неандерталка, как раз относительно тесно связанная с более поздним неандертальцем из хорватской пещеры Виндия. Так что эти древние популяции встречались в Алтайском крае. А связь с Виндией указывает на замену неандертальских популяций. Молекулярно-генетическое датирование показало возраст образца Чагырская 8 в пределах около 80 тыс. лет. Но вот оптически стимулируемое люминесцентное датирование археологического слоя находки показало возраст в 60 тыс. лет. Это может указывать на то, что генетические даты, основанные на текущей частоте мутаций у современных людей, неверны. Возможные объяснения могут быть связаны с тем, что у неандертальцев частота мутаций была ниже, или она изменилась у современных людей в последнее время.

Отношение к другим неандертальцам и денисовцам

Чагырская 8 имеет больше производных аллелей с неандертальцем из хорватской пещеры Виндия под номером 33.19 и другими более поздними неандертальцами Европы и Кавказа чем с более древним неандертальцем Денисова 5 Алтая. При этом представительница Чагырской пещеры, разделяет меньшее количество производных аллелей с другими неандертальцами Европы, которые там жили примерно в то же время, что и хорватский неандерталец.

Также Чагырская 8 разделяет больше аллелей с дочкой денисовца и неандерталки из Денисовой пещеры, что в совокупности со схожим распределением производных аллелей с денисовцем-Денисова 3, как и у Виндии 33.19, указывает на более близкую связь Чагырской неандерталки с матерью девочки из Денисовой пещеры.

Подтверждение данных археологии

В февральской работе этого года, российские археологи, совместно с учёными из Германии, Польши и Канады отмечали, что инструментальная сборка Чагырской пещеры, хронологически и технологически пересекается с микокской индустрией Европы и Кавказа.

При этом популяции микокской культуры считаются специализированными охотниками на лошадей и бизонов, адаптированными к окружающей среде степей и предгорий. Авторы предыдущей работы связывали их присутствие на Алтае с миграцией неандертальцев из восточной Европы на восток вдоль евразийского степного пояса в холодных и засушливых условиях около 120-80 тыс. лет назад. А отсутствие микокских артефактов в Денисовой пещере в отложениях от 59 до 49 тыс. лет, объяснялось тем, что Денисова и Чагырская пещеры в разное время были заняты двумя отличающимися неандертальскими популяциями. Эти предположения, основанные на материальной культуре, теперь подтверждены и генетическими данными.

Отношения с современными людьми

Учитывая, что современные неафриканские популяции имеют около 2% неандертальской ДНК, в результате примеси между 50 и 90 тыс. лет назад, Чагырская 8 разделяет больше аллелей с современными популяциями людей за пределами Африки, чем более древний образец Денисова 5, но меньше чем Виндия 33.19.

А это указывает на то, что неандерталец из Хорватии ближе к неандертальским популяциям, которые внесли большую часть ДНК в популяции современных людей.

Небольшой размер популяции и инбридинг

По гомозиготным участкам определённой длинны, исследователи определили, что алтайские неандертальцы жили в подгруппах, численностью 60 и менее участников.

При этом денисовцы и более поздние группы современных людей Алтая были более многочисленны, примерно от 100 человек и более. Помимо этого, хорватские неандертальцы, по-видимому, также жили в группах большей численности, но это различие является лишь незначительно статистически значимым.

Генетические особенности у неандертальцев

Используя три неандертальских генома с высоким охватом, исследователи идентифицировали 993 фиксированные несинонимичные замены среди 889 генов.

При анализе генов, преимущественно экспрессируемых в разных областях мозга, исследователи обнаружили, что гены, экспрессируемые в полосатом теле мозга у подростков в возрасте от 12 до 19 лет, могут быть связаны с ослабленным отрицательным отбором (это когда удаляются вредные аллели). Однако некоторые из белков, кодируемых этими генами, могли быть мишенями для позитивного отбора. При этом такие замены возможно были ликвидированы отрицательным отбором у людей.

Помимо полосатого тела, гены, экспрессируемые в различных частях теменной, префронтальной и в первичной соматосенсорной коре подростков-неандертальцев, несут более фиксированные замены в своих регуляторных областях, чем гены, экспрессируемые в других областях мозга и в другом возрасте. При этом некоторые гены теменной коры связаны с речью и математическими способностями.

Также гены, вовлечённые в положительный отбор у неандертальцев, могут быть связаны с развитием нервной системы, иммунитетом и заживлением ран, а также функций митохондрий. Некоторые подобные области генома, также подвергались положительному отбору и у современных людей.

Кроме того, среди главных фенотипов, связанных с изменениями у неандертальцев, есть аномалии в частях скелета, где подчёркивается морфология неандертальцев, как к примеру переносица и грудная клетка.

Выводы

Представительница неандертальцев из Чагырской пещеры, оказалась более тесно связана с хорватским неандертальцем Виндии и другими, более поздними неандертальцами Западной Евразии, чем с более древним неандертальцем, представленным образцом 5 из Денисовой пещеры. А стало быть Чагырская 8 связана с неандертальцами, которые мигрировали на восток где-то между 120 и 80 тыс. лет назад и принесли свою материальную культуру. Что подтверждается и артефактами, обнаруженными в Чагырской пещере. При этом эта новая волна неандертальцев на периферии своего ареала, сталкивалась с популяциями денисовцев, проживавших в Сибири. Не обошлось и без дружбы организмами. На что указывает их совместное потомство в виде девочки Денисова 11.

Хотя может эти контакты были и не совсем добровольными, мы-то имеем лишь результат, а по своей воле или нет, неизвестно... Но это не удивительно учитывая малочисленность и изолированность популяций алтайских неандертальцев.

Помимо этого, побочным эффектом малочисленной популяции, было наличие генов экспрессируемых в полосатом теле мозга, которые могли нести специфичные для неандертальцев изменения, но были невыгодны современным людям. По мере получения более качественных неандертальских геномов, появится и возможность всесторонне изучить гены и группы генов, которые несут функционально значимые изменения для неандертальцев, а также сравнить их с современными людьми.

Источники:

1. A high-coverage Neandertal genome from Chagyrskaya CaveSvante Pääbo, Fabrizio Mafessoni, Steffi Grote, Cesare de Filippo, Viviane Slon, Kseniya A. Kolobova, Bence Viola, Sergey V. Markin, Manjusha Chintalapati, Stephane Peyrégne, Laurits Skov, Pontus Skoglund, Andrey I. Krivoshapkin, Anatoly P. Derevianko, Matthias Meyer, Janet Kelso, Benjamin Peter, Kay PrüferProceedings of the National Academy of Sciences Jun 2020, 117 (26) 15132-15136; doi.org/10.1073/pnas.2004944117
2. Archaeological evidence for two separate dispersals of Neanderthals into southern SiberiaAnatoly P. Derevianko, Kseniya A. Kolobova, Richard G. Roberts, Victor P. Chabai, Zenobia Jacobs, Maciej T. Krajcarz, Alena V. Shalagina, Andrey I. Krivoshapkin, Bo Li, Thorsten Uthmeier, Sergey V. Markin, Mike W. Morley, Kieran O’Gorman, Natalia A. Rudaya, Sahra Talamo, Bence Viola, Proceedings of the National Academy of Sciences Feb 2020, 117 (6) 2879-2885; doi.org/10.1073/pnas.1918047117

Несколько десятков тысяч лет назад в Евразии жили представители трёх ветвей человечества: кроманьонцы, неандертальцы и денисовцы. Они встречались, заводили семьи, и в ДНК современных людей есть следы этих тесных связей. О генетической многосерийной Санта-Барбаре рассказывает Михаил Гельфанд, доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук, заместитель директора Института проблем передачи информации имени Харкевича, профессор, руководитель магистерской программы «Биотехнологии» Сколтеха.

Открытая лекция «Неандертальцы, денисовцы и кроманьонцы: генетическая Санта-Барбара» состоялась в рамках фестиваля науки «Кстати» в Екатеринбурге, организованного Информационным центром по атомной энергии (ИЦАЭ) в октябре 2019 года.

Прежде чем приручить собак и овец, древние люди одомашнили самих себя. Эта давняя гипотеза недавно получила подтверждение при сравнении геномов современных людей и наших давно вымерших «родственников»

«Синдром одомашнивания»  – так называют комплекс внешних и внутренних признаков, свойственных всем домашним животным независимо от их вида и даже рода, но крайне редко встречающихся у их диких родственников. К ним относятся не только необычная окраска меха (например, белые «звездочки» на лбу и «чулочки» на лапах), висячие уши и хвосты-«бублики», но и укороченные морды и другие «детские» черты во внешнем виде и поведении. Все эти вроде бы «бесполезные» признаки являются побочными эффектами отбора, направленного на сохранение особей с дружелюбным поведением по отношению к человеку, и ярким доказательством этого служит уникальный эксперимент по одомашниванию диких лисиц новосибирского генетика академика Д.К. Беляева.

Если посмотреть с этой точки зрения на человека современного анатомического типа, то по сравнению со своими далекими родственниками-предками неандертальцами и денисовцами, не говоря уже о других приматах, у него не такие крупные зубы, более «легкий» череп с менее выраженными надбровными дугами несмотря на большой мозг. Принято считать, что современный человек менее агрессивен и больше склонен к сотрудничеству. Не являются ли все эти черты приметами того самого «одомашнивания»?

Идея «самоодомашнивания» человека не нова и восходит еще к работам немецкого антрополога XVIII –XIX в. И. Ф. Блуменбаха и известного всем Ч. Дарвина. Впрочем, создатель эволюционной теории считал «одомашнивание» и «самоодомашнивание» разными феноменами. До недавнего времени у ученых не было возможности проверить, возникли ли уникальные физические и психические особенности человека современного типа в результате эволюционного процесса, имеющего общие механизмы с одомашниванием животных.

Современная наука считает, что в основе «синдрома одомашнивания» лежат дефекты так называемого нервного гребня – клеточной структуры, формирующейся на ранних стадиях развития эмбриона. На определенном этапе эти стволовые (недифференцированные) клетки активно мигрируют, давая начало другим типам тканей. Дефекты нервного гребня могут в итоге приводить к уменьшению числа клеток кожи, вырабатывающих пигмент меланин – так на шерсти появляются белые пятна. Кроме того, их результатом может быть изменение формы ушей и хвоста, уменьшение размера черепа и, что самое главное, снижение функции надпочечников, секретирующих гормоны «агрессии», в первую очередь норадреналин.

Важную роль в организации миграции клеток нервного гребня играет ген BAZ1B. У большинства из нас имеются две копии гена BAZ1B. В случае утраты части ДНК в области, где расположен этот ген, у человека развивается синдром Вильямса–Бойрена. Такие люди характеризуются умственной отсталостью на фоне чрезвычайной дружелюбности и доверчивости; они также имеют маленький череп и «эльфийские» черты лица, с плоским переносьем, закругленным кончиком носа и полными щеками. Чем не признаки «одомашненности»? Зато удвоение (дупликация) участка ДНК в этой же области приводит, напротив, к развитию прямо противоположных аномалий, таких как расстройства аутистического спектра и формирование чрезмерно большого черепа.

Ученые из Миланского университета (Италия) превратили клетки кожи таких пациентов в стволовые клетки нервного гребня и оценили в них активность генов, регулирующих миграцию клеток. Оказалось, что клетки от пациентов с синдромом Вильямса–Бойрена мигрировали медленнее, а с синдромом дупликации – быстрее, чем клетки от здоровых людей.

Затем с помощью малых интерферирующих РНК ученые «выключили» ген BAZ1B во всех этих клеточных линиях и выяснили, что после этого в клетках изменилась активность нескольких сотен генов. Сравнив эти гены с аналогичными генами двух неандертальцев и одного денисовца, они обнаружили, что у современных людей гены накопили множество регуляторных мутаций, что могло произойти под действием естественного отбора. Так как многие из таких же генов мутировали у одомашненных животных, ученые сделали вывод, что люди также подверглись процессу «одомашнивания».

Эти результаты стали одним из доказательств в пользу гипотезы «самоодомашнивания» человека, хотя, по мнению некоторых исследователей, в этом процессе должны играть роль и многие другие гены, помимо BAZ1B.

Что касается того, почему люди «самоодомашнились», возможно, это было связано с формированием сообществ, основанных на сотрудничестве, и давление отбора отдавало предпочтение менее агрессивным индивидам.

Фото: https://commons.wikimedia.org