Неандерталец

Панорама эволюции человека. Зал исследования науки (Наука Сити – Калькутта)

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

Неандерталец. Национальный музей естественной истории, Мадрид (Испания)

Мы до сих пор не знаем, почему около 40 тыс. лет назад с лица земли исчезли неандертальцы. Примерно в это же время в Евразию из Африки мигрировали люди современного анатомического типа, поэтому возникло предположение, что неандертальцы просто не выдержали конкуренции. Исследователи из Нидерландов с помощью компьютерного моделирования проверили и подтвердили альтернативную гипотезу, что исчезновение неандертальцев могло быть «делом рук» самих неандертальцев

Все люди родом из Африки. Наши очень далекие предки впервые вышли за пределы черного континента около 1,8–2,0 млн лет назад, а около 600 тыс. лет назад проникли в Европу, где позже сформировались неандертальцы – наиболее близкий к современным людям вид гоминин. Примерно 80–60 тыс. лет назад из Африки вышел уже человек современного типа – Homo sapiens, и начал успешно заселять другие континенты.

Судя по генетическим и археологическим данным, еще до появления в Европе современных людей популяция неандертальцев состояла из отдельных, маленьких и очень изолированных групп. Разработав математические модели для имитации динамики популяций с начальной численностью в 50, 100, 500, 1000 и 5000 индивидов, ученые проверили эффекты трех основных факторов, которые повышают риск вымирания небольших сообществ.

Первый фактор – это инбридинг (близкородственное скрещивание), который уменьшает генетическое разнообразие и повышает риск проявления «вредных» признаков, обусловленных дефектными вариантами генов. Его следствием могут бесплодие, уродства среди потомства, тяжелые наследственные болезни и др. Второй – так называемые эффекты Алли, связанные с «социальными» проблемами, такими как поиск половых партнеров, помощников на охоте, «соратников» для защиты семейной группы и т.п. Третий – это случайные колебания рождаемости, смертности и соотношения полов, следствием которых может стать неожиданный демографический крах.

Расчеты показали, что инбридинг сам по себе привел к вымиранию только самой маленькой модельной популяции. Но эффекты Алли «работали» и на популяциях большего размера – вплоть до тысячи человек. Именно этот фактор, особенно в сочетании с демографическими колебаниями и инбридингом, мог стать ключевым и привести к вымиранию относительно небольших сообществ древних людей. Так что, по мнению ученых, даже если неандертальцы ни в чем и не уступали современному человеку, над ними постоянно висела угроза исчезновения просто в силу их малочисленности.

Что касается пришлого населения, то люди современного анатомического типа, очевидно, могли внести свой вклад в исчезновение неандертальцев. Но не путем прямой конкуренции за те же кормовые ресурсы, а через нарушение характера расселения и пространственной структуры неандертальских популяций, в результате чего формировались еще более малочисленные и изолированные, т.е. более уязвимые, группы.

Таким образом, присутствие современных людей в Евразии могло лишь ускорить ход событий, которые, вполне вероятно, произошли бы и без их участия. И хотя неандертальцы сошли с эволюционной арены, они оставили свой «генетический» след: все современные люди неафриканского происхождения имеют около 2,5% неандертальских генов, что свидетельствует о довольно тесных взаимоотношениях между этими группами в древности.

Фото: https://commons.wikimedia.org

Еще сто тысяч лет назад на Земле обитали как минимум шесть видов людей. Сегодня остался только один — Homo sapiens, но зато он совмещает в себе самые эволюционно успешные черты ближайших родственников.

Палец преткновения

Денисовцы — загадочная группа представителей рода Homo, более близкая к неандертальцам, чем к сапиенсам, — обитали в Азии десятки тысяч лет назад. Их останки, точнее, зубы и части костей, российские ученые обнаружили в 2008 году в Денисовой пещере на Алтае. Тогда академик РАН Анатолий Деревянко, возглавлявший раскопки, отправил кусочки фаланги мизинца древнего человека двум разным командам ученых: в Институт эволюционной антропологии Общества Макса Планка (Германия) и Калифорнийский университет в Беркли (США).

Первые сумели расшифровать и митохондриальный, и ядерный геномы, содержащиеся в кости. Благодаря их работе в 2010 году весь мир узнал о существовании еще одного, неизвестного ранее, вида Homo. А вот со второй частью мизинца вышла настоящая детективная история. За прошедшие 11 лет она побывала в нескольких странах и окончательно пропала из виду где-то на территории Дании. Известно, что в 2011 году этот кусочек фаланги некоторое время находился у палеогенетиков из Института Жака Моно (Франция). Там его успели сфотографировать и взять образцы для анализа. Правда, тогда выделить ДНК не получилось.

Сейчас же французские и немецкие ученые объединили свои усилия и смогли реконструировать исчезнувший денисовский мизинец. Сначала исследователи сопоставили митохондриальные ДНК, выделенные из имевшихся в их распоряжении образцов, — они ожидаемо совпали. Затем немецкие специалисты создали 3D-модель своего кусочка кости, а французы совместили ее с имеющимися у них снимками верхней части фаланги. Так появилась возможность детально изучить ее и сделать первые выводы о вероятном строении скелета древнего обитателя алтайской пещеры.

Оказалось, что это палец тринадцатилетней денисовской девочки, практически по всем параметрам он совпадал с фалангами современных людей. Это удивительно, ведь денисовцы ближе не к Homo sapiens, а к неандертальцам, которые обладали массивными фалангами с широкими уплощенными концами.

© Bennett et al., Sci. Adv. 2019

Виртуальная реконструкция фаланги мизинца денисовской девочки, чьи останки обнаружили на Алтае в 2008 году

Стопа как у Homo naledi

В 2013 году два спелеолога обнаружили узкий лаз в одной из пещер Южной Африки. Несмотря на то что его ширина в некоторых местах была не больше 20 сантиметров, они решили проникнуть внутрь. Там обнаружилась небольшая камера длиной в девять и шириной в один метр, усыпанная человеческими костями.

О зловещей находке спелеологи сообщили не в полицию, а известному южноафриканскому антропологу Ли Бергеру. Он тут же организовал экспедицию в пещеру и вытащил оттуда почти полторы тысячи хорошо сохранившихся костей. Анализ показал, что это останки 15 особей, живших около трехсот тысяч лет назад. А строение скелета (один из них сохранился на 40 процентов) говорило, что перед учеными не описанный ранее вид древних людей. Он получил название Homo naledi.

Эти гоминины были невысокого роста (не более 147 сантиметров) и по некоторым чертам напоминали человека умелого (Homo habilis), обитавшего в Африке около двух миллионов лет назад. Именно поэтому сначала ученые подумали, что перед ними скелеты очень древних людей, а не современников неандертальцев.

Судя по форме костей рук и стоп, они умели одинаково хорошо ходить на двух ногах и карабкаться по деревьям. Если их верхние конечности больше напоминали обезьяноподобных гоминид, то строение стоп у них — почти как у Homo sapiens. Голеностопный сустав, параллельный большой палец и широкая пяточная кость говорят о том, что naledi были полностью адаптированы к прямохождению, как нынешние люди. Правда, найти их гены ученые предполагают скорее у пигмеев или бушменов, ДНК которых так до конца и не расшифровали.

© Nature Communications

Стопа Homo naledi по своему строению похожа на стопу современных людей

Белокожие, как неандертальцы

В ДНК современного человека содержится около двух процентов генов, унаследованных от неандертальцев. У жителей Восточной Азии их больше, чем у выходцев из Западной Азии и Европы: 2,3-2,6 процента и 1,8-2,4 процента соответственно. А вот у африканцев их нет вообще, поэтому ученые предполагают, что сапиенсы встретились с неандертальцами уже после того, как покинули Черный континент.

Как выяснили немецкие генетики, в последние 45 тысяч лет неандертальские гены не отсеиваются из человеческой ДНК. А значит, они могут быть важны для выживания и размножения. Так, согласно нескольким работам, от эволюционных "двоюродных братьев" современным людям достались гены, защищающие от инфекционных болезней и шизофрении. Кроме того, некоторые части неандертальского генома повлияли на внешний вид Homo sapiens.

В частности, более светлая кожа, отличающая европейцев и азиатов от африканцев, досталась им от Homo neanderthalensis. Это независимо друг от друга подтвердили две группы ученых.

Немецкие и американские генетики выявили в ДНК современных людей конкретную версию неандертальского гена, влияющую на функцию белка кератина. Он содержится в коже и делает ее водонепроницаемой и чувствительной к холоду и теплу. Примерно в это же время неандертальские гены, отвечающие за выработку кератина и пигментацию кожи, обнаружили ученые из Вашингтонского университета (США).

По мнению исследователей, именно эти гены, заимствованные у "двоюродных братьев", сделали сапиенсов светлокожими и помогли им быстро адаптироваться к холодным температурам в Европе и Азии.

Автор статьи Альфия Еникеева

https://ria.ru/20191130/1561761814.html

(с.) МИА «Россия сегодня»

Реконструкция облика раннего Homo sapiens (слева) и неандертальца (справа). Музей неандертальцев в Метманне (Германия)

Первый череп неандертальца был найден в Бельгии еще в 1829 г. – за 30 лет до публикации знаменитой эволюционной теории Чарльза Дарвина, после чего этих вымерших древних людей стали считать «промежуточным звеном» превращения обезьяны в человека. Сегодня некоторые исследователи признают неандертальцев одним из подвидов Homo sapiens, а результаты многочисленных исследований говорят о том, что они были далеко не такими примитивными, как считалось ранее. К примеру, они использовали достаточно сложные многошаговые технологии для изготовления своих инструментов

Самые ранние из известных останков неандертальцев, древнейших обитателей Европы и западной части Азии, датируются возрастом около 430 тыс. лет, самые поздние – 30–40 тыс. лет. Споры о родстве между ними и людьми современного физического типа длились десятилетиями. Некоторые ученые считали, что современные люди просто вытеснили неандертальцев, другие – что они были непосредственными предками европейцев. Разрешить эти споры удалось с помощью палеогенетики, занимающейся расшифровкой древней ДНК. Выяснилось, что современный человек неафриканского происхождения имеет около 2,5% неандертальских генов, так что эти первобытные люди заслуженно заняли место в родословной современного человечества.

На сегодня неандертальцы являются наиболее изученной группой архаичных людей, причем постоянно появляются все новые данные не только об их морфологии и генетике, но и образе жизни, когнитивных способностях и технологических навыках.

Например, еще недавно считалось, что только человек современного типа использовал смолу при изготовлении каменных инструментов. Однако в 2016 г. коллекционер-любитель обнаружил на искусственном пляже в Нидерландах небольшой кремниевый осколок с острыми краями, треть которого была покрыта густым черным веществом. Этот пляж является настоящей сокровищницей доисторических артефактов, ведь он был насыпан песком со дна Северного моря – во время последнего ледникового периода здесь была холодная и сухая степь, соединяющая современную Великобританию с материковой Европой.

Находку, прекрасно сохранившуюся в холодных, бескислородных условиях донных отложений, проанализировали с помощью радиоуглеродного анализа, пиролизно-газовой хроматографии, рентгеновской томографии и других современных методов исследования. Оказалось, что черное вещество представляет собой затвердевшую дегтярную массу (своеобразную березовую «смолу») возрастом 50 тыс. лет. В то время нога человека современного типа еще не ступала на эти европейские территории – здесь обитали только неандертальцы. По мнению одного из авторов исследования, голландского археолога М. Никуса, эта небольшая кремниевая чешуйка представляет собой скребок или лезвие, а застывший смолистый кусочек играл роль своеобразной «рукоятки».

Исследователи попытались воспроизвести технологию получения этого вещества, засыпая полоски бересты глиной, на которой сверху разводили костер. Костер поддерживали в течение нескольких часов, в течение которых температура внутри сохранялась на уровне 300–400°C. Сравнив химический состав полученного продукта с его древним аналогом, ученые убедились, что неандертальцы, скорее всего, использовали такую же технологию.

Две более ранние находки из Италии и Германии свидетельствуют, что неандертальцы также использовали сосновую смолу и битум, чтобы приклеивать каменные наконечники к деревянным копьям. Вместе с новой находкой они служат доказательством, что неандертальцы могли решать такие сложные технологические задачи, как создание хорошо обработанных составных инструментов. Ученые надеются, что другие находки со дна Северного подтвердят способность наших ближайших доисторических родственников решать сложные задачи, требующих долгосрочного планирования.

Фото: https://commons.wikimedia.org

Антропологи из Стэндфордского университета (США) предполагают, что неандертальцы не смогли побороть болезни человека – и поэтому исчезли примерно 40000 лет назад.

«Наше исследование показывает, что болезни могли сыграть более важную роль в вымирании неандертальцев, чем считалось ранее. Они могут даже быть главной причиной того, что современные люди являются единственной человеческой группой, оставшейся на планете», – сказал Гили Гринбаум (Gili Greenbaum), ведущий автор исследования, доктор наук, сотрудник биологического факультета Стэнфордского университета.

Медленное вытеснение

Археологические данные свидетельствуют о том, что первая встреча между неандертальцами, обитавшими в Европе и Азии, и новым человеческим видом, который недавно пришел из Африки – нашими предками, – произошла больше ста тысяч лет назад в Восточном Средиземноморье: в регионе, известном как Левант (включает в себя территорию Израиля, Сирии, Ливана, Турции, Египта и др.) Спустя несколько десятков тысячелетий неандертальцы начали исчезать (и полностью исчезли около 40000 лет назад), а сапиенсы стали выходить за пределы Леванта и занимать другие территории.

Используя математические модели передачи болезней и набора генов, Гринбаум вместе с международной командой ученых показали, как уникальные болезни, унаследованные неандертальцами и современными людьми, могли создать невидимый «барьер»: иммунная система неандертальцев могла противостоять против одного набора заболеваний, а иммунитет человека разумного – против другого.

Разделяя одну территорию (в Леванте), неандертальцы и сапиенсы скрещивались между собой. Люди, рожденные из этих союзов, могли иметь связанные с иммунитетом гены обоих видов, которые медленно распространялись бы среди современных людей и неандертальцев. Казалось бы, выиграть от этого должны были и те, и другие, но в плюсе оказались только представители homo sapiens, тогда как неандертальцы от этого сближения с другим видом проиграли.

По мере распространения этих защитных генов «бремя» болезней или последствия инфекций в обеих группах постепенно уменьшались. В конце концов, переломный момент был достигнут, когда современные люди приобрели достаточно сильный иммунитет, чтобы они могли выйти за пределы Леванта и глубже проникнуть на территорию неандертальцев (в Европу и в Азию) с незначительными последствиями для здоровья.

Помимо сильного иммунитета, у современных людей были и другие преимущества перед неандертальцами: к примеру, смертоносное оружие или более сложные социальные структуры. И эти козыри могли бы сыграть главную роль в исчезновении неандертальцев. «Как только определенный порог пересекается, бремя болезней перестает играть роль, и в игру могут вступить другие факторы», – подчеркнул Гринбаум.

Почему именно мы?

Чтобы понять, почему именно современные люди вытеснили неандертальцев, а не наоборот, исследователи смоделировали, что произойдет, если тропические болезни, которые унаследовали наши предки, были более смертоносными, чем те, что переносились неандертальцами, и если бы их было больше.

Их гипотеза состоит в том, что в тропиках с большей вероятностью можно было подхватить инфекцию и заболеть, чем в регионах с умеренным климатом. Видимо, сапиенсы были сильнее «вооружены» против заболеваний, так как жили в тропиках, прежде чем прийти в Левант с субтропическим средиземноморским типом климата.

Согласно моделированию, даже небольшие различия в «бремени болезней» между двумя группами сразу же начали усиливаться, что в конечном итоге дало нашим предкам преимущество. Вероятно, к тому времени, как иммунитет человека разумного смог выстроить «защиту» против болезней неандертальцев, последние все еще оставались очень уязвимыми перед болезнями сапиенсов. «Более того, поскольку современные люди проникли глубже в Евразию, они столкнулись бы с неандертальцами, которые не получали никаких защитных иммунных генов в результате гибридизации», – добавил Гринбаум.

Исследователи отмечают, что сценарий, который они предположили, аналогичен тому, что произошло, когда европейцы прибыли в Америку в XV-XVI вв. и уничтожили коренное население, распространив в Новом Свете свои более сильные болезни.

Если эта новая теория об исчезновении неандертальцев верна, то в археологическом отчете можно будет найти подтверждающие доказательства. «Мы прогнозируем, например, что плотность населения неандертальцев и современных людей в Леванте в период их сосуществования будет ниже по сравнению с тем, что было раньше, и относительно других регионов», – заключил Гринбаум.

Портал «Научная Россия»

https://scientificrussia.ru/articles/teoriya-neandertaltsy-i...

Stanford scientists link Neanderthal extinction to human diseases

https://news.stanford.edu/press/view/31036

Disease transmission and introgression can explain the long-lasting contact zone of modern humans and Neanderthals

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12862-7