четверг, 1 марта 2012 г.

Алтайский феномен Геном денисовского человека расшифрован

Тигран Оганесян
Окончательная расшифровка генома денисовского человека подтвердила, что его нельзя отнести ни к неандертальцам, ни к Homo sapiens


Рисунок: Константин Батынков

Специалисты Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге полностью расшифровали геном так называемого денисовского человека (человека из Денисовской пещеры). Это вид первобытных людей, предположительно обитавших в Сибири (на территории Горного Алтая) около 50 тыс. лет назад.


Информация об этом была опубликована 7 февраля 2012 года на официальном сайте института. Причем сырые данные отсеквенированного генома уже сегодня доступны для свободной закачки через интернет всем желающим, хотя авторы работы планируют представить детальную научную публикацию, посвященную итоговому анализу, позднее — предположительно до конца этого года.
500 гигабайт из 16 миллиграммов

Как известно, в 2008 году группа российских ученых под руководством директора Института археологии и этнографии СО РАН академика Анатолия Деревянко и его заместителя Михаила Шунькова обнаружила в Денисовской пещере на Горном Алтае фрагмент фаланги мизинца руки ребенка. Этот образец был передан для дальнейшего анализа в лейпцигский институт — интернациональной команде, возглавляемой звездой мировой палеогенетики Сванте Пяябо, на протяжении нескольких лет тесно сотрудничавшим с российскими археологами.


Сванте Пяябо — сын шведского биохимика Суне Бергстрема, лауреата Нобелевской премии 1982 года по медицине (мать Сванте — эстонка Карин Пяябо). Мировую известность Пяябо получил в 2002 году после публикации статьи о найденном им и его коллегами «речевом» гене FOXP2, который у людей с проблемами речи либо отсутствует, либо сильно поврежден (уже относительно недавно выяснилось, что этот ген отсутствует и у всех видов человекообразных обезьян, но есть, помимо современных Homo sapiens, в ДНК неандертальцев и денисовцев). Подлинная же слава пришла к шведскому ученому в 2008 году, когда в его лаборатории сначала была впервые полностью расшифрована митохондриальная ДНК неандертальца, а несколькими месяцами позднее группа Пяябо опубликовала черновую версию его отсеквенированного ядерного генома.

Лаборатория Сванте Пяябо, оснащенная новейшей исследовательской аппаратурой и обладающая самыми современными методиками анализа ДНК, с энтузиазмом взялась за изучение генетического материала, предоставленного российскими коллегами.

В частности, специалистам лейпцигского института сравнительно быстро удалось выяснить, что найденный в Денисовской пещере мизинец принадлежал девочке 7–10 лет. А уже в марте 2010 года Пяябо и его сотрудники смогли отрапортовать о том, что они полностью отсеквенировали митохондриальный геном* «алтайского человека».

Спустя еще девять месяцев, в декабре 2010-го, исследователи Института эволюционной антропологии Макса Планка опубликовали предварительный вариант «большого» ядерного генома денисовца. Общая длина прочтенных группой Пяябо кусочков ядерной ДНК составила 5,2 млрд нуклеотидов, то есть почти в два раза больше длины всего генома (правда, многие фрагменты повторяются, и весь геном целиком, как и в случае с геномом неандертальца, они не покрывают).


Итоговые 500 гигабайт генетических данных, выложенных уже в феврале 2012 года, были получены лейпцигскими кудесниками из 16 миллиграммов костного фрагмента фаланги. Благодаря новейшей технологии, разработанной одним из участников исследования Маттиасом Майером (он придумал способ десятикратного повышения эффективности работы ДНК-секвенсора по сравнению с предшествующими методиками) группе Пяябо удалось отсеквенировать каждую позицию («букву») в геноме алтайского человека порядка 30 раз, тогда как в черновом варианте 2010 года эта операция в среднем была проделана лишь дважды.

Впрочем, впечатляющему успеху группы Пяябо в значительной степени помогло то обстоятельство, что древняя человеческая ДНК в найденной фаланге удивительно хорошо сохранилась. Как правило, ДНК изучаемых древних видов в генетических образцах составляет от 1 до 5% (все остальное приходится на ДНК микроорганизмов — бактериальные загрязнения). В костном же фрагменте из Денисовской пещеры доля человеческой ДНК составила около 70%.

Как бы то ни было, полная расшифровка генома алтайского человека стала настоящим триумфом современных палеогенетических технологий. Но, разумеется, помимо колоссального технологического прорыва особая ценность проведенного группой Сванте Пяябо генетического анализа заключается в том, что ученые впервые в истории мировой науки смогли открыть неизвестный ранее вид первобытного человека исключительно благодаря анализу крошечного единичного образца ДНК (причем его предположительный внешний вид и анатомические детали до сих пор остаются загадкой).

Третий вид

О том, что таинственный денисовский человек, по всей видимости, является еще одним (помимо современных Homo sapiens и неандертальцев) особым представителем человеческой расы, антропологи узнали уже на первом этапе генетического анализа, когда группа Пяябо представила черновую версию его митохондриального генома.


Проведя детальное сравнение мтДНК денисовца с 54 аналогичными геномами современных людей из разных регионов Земли, а также с мтДНК нескольких неандертальцев (шести из Европы и двух из Азии, в том числе из пещеры Окладникова, которая находится в непосредственной близости от Денисовской пещеры на Алтае), ученые обнаружили, что ДНК денисовского человека очень серьезно отличается как от ДНК нынешних Homo sapiens, так и от ДНК неандертальцев.

Более того, этот первобытный человек отстоит от современных людей в среднем почти вдвое дальше, чем неандертальцы: если неандертальская мтДНК отличается от нашего генома в пределах исследованной выборки в среднем на 201,6 нуклеотида, то мтДНК денисовцев показала уже 384,9 нуклеотидного различия (для сравнения: у шимпанзе таких различий 1461,5).

Иными словами, выявленные генетические особенности показали, что «сибирский Homo» уклонился от генеральной линии еще задолго до разделения между современными людьми и неандертальцами. При помощи специальных математических методов Пяябо и его коллеги оценили предполагаемое время расхождения эволюционных линий, одна из которых привела к денисовскому человеку, а другая — к общему предку сапиенсов и неандертальцев, и пришли к выводу, что алтайский человек разошелся с «сапиенсо-неандертальским» прародителем (или, если точнее, «митохондриальной праматерью») около миллиона лет назад, тогда как окончательное разделение сапиенсов и неандертальцев, согласно самым современным оценкам, полученным в результате недавнего анализа ядерного ДНК неандертальцев, произошло значительно позже — от 270 до 440 тыс. лет назад.

Впрочем, после более детального сравнительного анализа ядерных ДНК, проведенного теми же исследователями, ученые скорректировали свои первоначальные предположения: оказалось, что алтайцы-денисовцы по своей родословной несколько ближе к неандертальцам, то есть, скорее всего, сначала все-таки произошло разделение предков сапиенсов и предков двух других популяций (предположительно около 800 тыс. лет назад), а уже затем (около 640 тыс. лет назад) предки денисовцев отделились от предков неандертальцев.

Поздние анализы ядерных ДНК также показали, что геном денисовца отклоняется от «эталонного» генома современного человека в среднем на 11,7%, а для типичного неандертальца из пещеры Виндия (на территории современной Хорватии) это отклонение составило около 12,2%, то есть среднее отклонение ядерного генома денисовца от современных людей почти такое же, как и у неандертальцев.

Кроме того, ученые сделали предположение, что популяция гоминидов-денисовцев на протяжении достаточно длительного периода времени (возможно, нескольких десятков тысяч лет, в период верхнего плейстоцена) сосуществовала на территории Алтая вместе с самой восточной из известных к настоящему времени групп неандертальцев, останки которых были найдены неподалеку от Денисовской пещеры (в пещерах Окладникова и Чагырской).

Таким образом, полученные результаты показывают, что на евразийском континенте в период верхнего плейстоцена (условно — от 100 до 30 тыс. лет назад) вместе с человеком современного физического типа проживали еще как минимум две другие формы гоминидов: неандертальцы и денисовцы (алтайцы).

К вопросу о межвидовом скрещивании

Новейшие данные палеогенетических исследований, основная заслуга в получении которых, безусловно, принадлежит Сванте Пяябо и его коллегам, также заставляют серьезно пересмотреть общую картину эволюции гоминидов и пресловутой миграции предков современных Homo sapiens (теорию исхода из Африки).


Так, если еще совсем недавно преобладающая точка зрения заключалась в том, что наши непосредственные предшественники победоносно промаршировали около 50 тыс. лет назад из Африки на Евразийский континент, буквально сметая всех прочих гоминидов со своего пути, то сегодня ученые уже склоняются к более мягкой версии, согласно которой этот поход был не столь воинственно-враждебным и, по всей видимости, сопровождался эпизодическими тесными контактами.

По крайней мере, о имевшем место межвидовом скрещивании сапиенсов с неандертальцами на более раннем этапе миграции сапиенсов из Африки (в ходе так называемой первой волны, случившейся 100–80 тыс. лет назад) можно с большой долей уверенности говорить на основании того, что у современных обитателей Евразии сохранилось до 4% генов неандертальца.

Что же касается таинственных алтайцев, о существовании которых в период верхнего плейстоцена пока известно лишь благодаря нескольким находкам в Денисовской пещере (помимо легендарной фаланги мизинца денисовской девочки антропологам в 2010 году удалось обнаружить почти целый коренной зуб, принадлежавший молодому мужчине, еще одну фалангу и небольшой фрагмент черепа), ряд исследователей, среди которых прежде всего следует назвать соавтора открытия нового вида гоминид академика Анатолия Деревянко, полагает, что они, возможно, были весьма широко распространены в восточной части Азии в период верхнего плейстоцена и тоже внесли вклад в формирование генома современных Homo sapiens.

В частности, последние данные палеогенетического анализа группы Пяябо показали, что в геномах современных меланезийцев (жителей ряда островов Тихого океана), а также, возможно, и австралийских аборигенов присутствует весьма немалый алтайский след — от 4 до 6%. Правда, справедливости ради, все-таки следует уточнить, что в геномах современных евразийцев алтайских генетических вкраплений ученым обнаружить так и не удалось.

Общая же историческая картина формирования генетического облика современных сапиенсов после серии ярких открытий последнего времени едва ли стала более понятной. Как отметил в беседе с корреспондентом «Эксперта» ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН, доктор биологических наук Александр Марков, «чем больше мы узнаем нового, тем менее четкой становится наша научная классификация. Иными словами, все нынешние рассуждения на тему того, следует ли считать сапиеуцнсов, неандертальцев и денисовцев родственными видами, подвидами, расами и так далее, представляются, по большому счету, весьма условными. Хотя, если придерживаться точки зрения, что небольшая гибридизация сапиенсов с теми же неандертальцами, а также предков современных меланезийцев с денисовцами имела место, скорее все-таки имеет смысл оперировать термином “видовая гибридизация”. Однако, что касается, например, населения современной Азии, то оно произошло, по всей видимости, исключительно от второй волны сапиенсов, пришедшей туда 40–50 тысяч лет назад. В то же время еще недавно казавшаяся маргинальной гипотеза о том, что в процессе формирования человека современного физического типа происходила достаточно длительная диффузия различных культур, а иногда и видовая гибридизация, в результате последних палеогенетических анализов, безусловно, получила довольно весомые козыри».

1 комментарий: