Чем наградили нас неандертальцы?
И встречались. Прежние представления о невозможности обмена генами между этими двумя видами тоже оказались слишком упрощенными, потому что уже первое (в 2010 году) сравнение генома современных людей с геномом неандертальцев показало, что в человеческой ДНК имеется в среднем от 1 до 4 процентов неандертальских генов. При этом выяснился некий четкий и важный факт: этих генов нет только у современных африканцев. Факт этот был важен, потому что говорил: люди получили свои неандертальские гены после исхода из Африки. Эти новые данные немедленно поставили новые вопросы: где и когда происходили эти контакты с неандертальцами, а главное - какими генами они нас наградили? Палеогенетические исследования в этой области идут так бурно, что некоторые из этих вопросов уже успели получить любопытные ответы, с которыми, понимая ваш интерес к своей родословной, я и спешу вас ознакомить.
Первое (2010 года) впечатление специалистов сводилось к тому, что половые контакты людей с неандертальцами и последовавшее смешение генов были событием однократным. В этой связи говорилось о пещерах на хребте Кармель, где наряду со следами неандертальских стоянок примерно 100-тысячелетнего возраста были найдены также следы человеческих стоянок примерно той же давности.
Однако не прошло и двух лет, как впечатление это развеялось. В конце 2012 года группа Мейера и коллег провела тщательное сравнительное изучение генома современных европейцев и азиатов и нашла, что число неандертальских генов у них разное: у жителей Восточной Азии этих генов существенно больше. В 2013 году этот важный вывод был подтвержден и уточнен в работе другой группы ученых (Хаммер и коллеги). Если верить их результатам, то примесь неандертальских генов у жителей Восточной Азии (Китай, Япония) на целых 40 процентов больше, чем у европейцев, а у жителей Юго-Восточной Азии (Малайзия, Индия) величина этой примеси является промежуточной.
И совсем недавно, в январе 2014 года, эти результаты были еще раз подтверждены и снова уточнены в работах группы Рейха (одного из ведущих участников знаменитой первой расшифровки неандертальского генома), а также в исследовании Эйки и Верно. Согласно этим последним данным, средняя доля неандертальских генов в ДНК современных людей не превышает 3 процентов, причем у жителей Восточной Азии она примерно на 21 процент больше, чем у европейцев.
Интересно, однако, отметить, что хотя неандертальская доля в ДНК каждого из нас не превышает 3 процентов, состав этой доли у разных людей разный: у одних эти 3 процента составляет один набор неандертальских генов, у других другой, так что если бы все эти различные гены собрались в ДНК одного и того же человека, то неандертальская доля в нем составила бы все 20 процентов (по данным Верно) а то даже и 30 (по данным Рейха).
Вернемся, однако, к средним цифрам. Вот уже четвертый раз за последний год они однозначно демонстрируют четкое различие в среднем количестве неандертальских генов у современного жителя Азии и современного жителя Европы. Так что, наверное, его можно считать доказанным. Но тогда мы вынуждены принять, что получение людьми неандертальских генов не было однократным событием. В самом деле, будь оно однократным, оно могло произойти либо до того, как вышедшее из Африки человеческое племя разделилось на группы (и тогда все люди сегодня имели бы в среднем одно и то же количество неандертальских генов), либо после разделения исходного племени на группы (и тогда неандертальские гены имела бы только одна какая-то группа).
На самом же деле эти данные лучше всего описываются третьим сценарием, по которому все исходное человеческое племя имело один контакт с неандертальцами и получило около 1-1,5 процента неандертальских генов, а затем, после разделения этого племени на европейскую и восточно-азиатскую группу, последняя в ходе своих дальнейших странствий имела еще один или несколько контактов с неандертальцами и получила от них еще какое-то количество генетической примеси, что в сумме и привело к несколько большему числу неандертальских генов у нынешних азиатов. Такой сценарий достаточно правдоподобен, особенно если вспомнить, что приход гомо сапиенс в Европу произошел к тому времени, когда неандертальцы там были уже на грани вымирания.
Но вполне возможен также и такой сценарий, по которому многократные контакты гомо сапиенс с неандертальцами происходили на протяжении всего времени расселения людей по территории Евразии, всякий раз награждая какую-то очередную группу людей какой-то очередной небольшой добавкой неандертальского генетического материала.
Каким же материалом наградили нас эти контакты? Поиски ответа на этот вопрос были главной целью исследований упомянутых выше ученых - бостонской группы Рейха и сиэтлской группы Верно. И надо сразу же сказать, что полученные этими двумя группами ответы оказались в высшей степени сходными, что свидетельствует об их достаточной достоверности. Кроме того, эти ответы оказались во многом (использую нелюбимое слово) сенсационными – во всяком случае по единодушному мнению специалистов, так что заслуживают подробного рассказа.
Поиск, проведенный группами Рейха и Верно, был весьма сложным, поскольку неандертальские гены внедрились в человеческую ДНК десятки тысяч лет назад и за это время претерпели глубокие изменения. Дело в том, что молекулы человеческой ДНК, куда встроились эти гены, претерпевали неоднократные рекомбинации в ходе их передачи потомкам, и в результате к настоящему времени от многих неандертальских генов в этих ДНК должны были, по оценкам палеогенетиков, остаться лишь небольшие кусочки длиной не более чем несколько сот тысяч химических звеньев. Если вспомнить, что рядовая молекула ДНК содержит в среднем десятки миллионов таких звеньев, станет понятным, как трудно было искать в таком огромном генетическом «стоге» неандертальскую «иголку», а точнее даже – ее обломки.
Группа Рейха искала их таким путем. Сначала с помощью тонкого анализа данных, полученных при расшифровке неандертальской ДНК, были найдены особые точки (отдельные химические звенья), которые в этой ДНК обычно обозначают начало или конец того или иного гена. Затем в компьютер были введены данные расшифровки тысячи с лишним геномов современных людей из самых разных стран. И наконец один из сотрудников Рейха, Шрирам Санкарараман, придумал алгоритм, по которому компьютер мог прочесывать каждый из этой тысячи с лишним геномов в поисках вышеуказанных особых точек.
После этого пара-другая сот тысяч звеньев человеческой ДНК возле каждой такой особой точки сопоставлялась с данными расшифровки неандертальского генома, чтобы удостовериться, действительно ли этот кусок представляет собой остаток разрушенного временем неандертальского гена в человеческой ДНК. И только после этого по сходству с похожими кусками в нынешних человеческих генах выяснялась роль того или иного неандертальского генетического «подарка». (Примерно таким же путем шла группа Верно с той разницей, что число современных человеческих геномов в их исследовании было несколько меньше, около шестисот.)
Теперь наконец мы с замиранием сердца приближаемся к результатам. Так что же, в конце концов, подарили нам неандертальцы? В списке этих подарков на первом месте фигурирует такая цифра: в 60 процентах из 1004 геномов нынешних азиатов и европейцев, исследованных группой Рейха, был обнаружен специфический ген, который управляет производством белка под названием «кератин». Этот белок уменьшает водопроницаемость кожи и меняет ее чувствительность к теплу и холоду.
Неандертальский ген кератина мог иметь такие вариации, которые помогали его обладателям выживать в условиях тогдашней холодной Европы и Сибири. Если так, говорит Рейх, то «вполне возможно, что люди, вышедшие из Африки и вынужденные приспосабливаться к более холодному климату Евразии, использовали для этого те адаптации, которые уже были у неандертальцев». Иными словами, неандертальский ген кератина можно считать хорошим подарком, если только будет доказано, что этот ген, попав к людям, не вошел в конфликт с уже имевшимся у них собственным таким геном.
Другие подарки оказались, увы, данайскими - в духе гомеровского данайского коня, в котором прятались греки, проникшие таким образом в Трою. Обе группы исследователей опознали в найденных ими остатках неандертальских генов такие, которые (если сравнить их с аналогичными у современных людей) должны были делать наших предков более восприимчивыми к диабету второго типа, волчанке, болезни Крона (тяжелое воспаление всего желудочно-кишечного тракта), циррозу печени и некоторым другим заболеваниям. Недаром мудрый Ильф предостерегал в свое время: «Бойтесь данайцев, приносящих яйцев». Вот пообщались с неандертальцами и получили.
Кстати о яйцах. С ними связано едва ли не самое интересное открытие Рейха и Верно. Обе группы обнаружили, что хотя обломки неандертальских генов рассеяны почти по всем молекулам ДНК, которые составляют геном современного человека, есть около 20 регионов, где этих обломков практически нет. Это указывает на то, что внесение чужих генов в эти области было вредно для генома древнего гомо сапиенс, возможно даже несовместимо с его нормальной работой, и поэтому люди, случайно получившие от неандертальцев такую примесь, умирали, не оставив потомства. По мнению Рейха, естественный отбор устранил таким образом свыше трети того неандертальского наследия, которое первоначально проникло в геном современного человека (вместе с его носителями, разумеется).
Самой поразительной неожиданностью в этом плане оказалось почти полное отсутствие неандертальских генов на Х-хромосоме современных людей. Это та молекула ДНК, которая определяет собой женский пол. У женщин таких молекул две, у мужчин одна (вторая у них – мужская половая хромосома Y). Видимо, появление чужих генов на Х-хромосоме вызывало особенно тяжелый конфликт с остальными человеческими генами, и это приводило к быстрому вымиранию таких людей. Такое вымирание должно было прежде всего коснуться мужчин, потому что у женщин, как уже говорилось, Х-хромосом две, и если одна из них даже была испорчена неандертальскими генами, то могла нормально работать вторая, а у мужчин второй Х-хромосомы не было.
Этот сценарий нашел подтверждение во втором открытии тех же групп. Оказалось, что обломков неандертальских генов практически нет также в генах мужских яичек, напрямую связанных с участием мужчин в размножении. Оба эти факта, взятые вместе, говорят, что внедрение в человеческий геном неандертальских генов прежде всего сказывалось, видимо, на мужской плодовитости. Проще говоря, самцам гомо сапиенс, в Х-хромосомы и гены яичек которых попали аналогичные неандертальские гены, угрожала стерильность.
Из наблюдений за животными известно, что стерильность особенно часто возникает у самцов гибридных особей, родившихся от скрещения хоть и близких, но уже достаточно разошедшихся биологических видов (самый наглядный пример такого рода дают бесплодные мулы, рождающиеся от скрещивания лошадей и ослов). По мнению Рейха, нечто подобное имело место в случае людей и неандертальцев.
Отсутствие неандертальской примеси в Х-хромосомах и среди генов мужских яичек указывает на возможное бесплодие мужских гибридов, родившихся от контакта гомо сапиенс и гомо неандерталенсис. «А это означает, - говорит Рейх, - что к моменту встречи и контактов этих двух видов они уже были на пределе биологической совместимости». Впрочем, некоторые биологи не согласны с таким объяснением.
Они считают, что могло быть и иначе. Гены неандертальской Х-хромосомы имели более высокую вероятность перейти к людям в случае сношения самцов гомо сапиенс с самками гомо неандерталенсис, чем в обратном случае. И если таких сношений было меньше, то и частота внедрения неандертальских генов в Х-хромосомы людей должна была быть малой. Затем по мере бурного размножения людей в их популяции становилось все больше и больше нормальных Х-хромосом, а аномальные постепенно исчезали в этой массе. Так это или не так, могут ответить лишь дальнейшие исследования, и группа Рейха как раз перешла сейчас к поискам ответа на вопрос: каких контактов (и, соответственно, заимствований) было больше - самцов людей с самками неандертальцев или самцов неандертальцев с самками людей? Так что можно надеяться, что нас еще ждут интереснейшие открытия.
Рафаил Нудельман
"Окна", 20.02.2014