В геномах поздних европейских неандертальцев не удалось обнаружить следов гибридизации с сапиенсами

Международная команда палеогенетиков во главе со Сванте Пэабо сообщила о черновом прочтении ядерных геномов пяти «поздних» неандертальцев, живших 47 000–39 000 лет назад на территории нынешних Бельгии, Франции, Хорватии и России. Исследование стало возможным благодаря новым методам очистки древней ДНК от бактериальных и современных человеческих примесей. Анализ геномов показал, что предки поздних европейских неандертальцев 150 000–90 000 лет назад отделились от предков той неандертальской популяции, которая 55 000 лет назад скрещивалась с предками современного внеафриканского человечества. Хотя пришедшие в Европу сапиенсы продолжали скрещиваться с местными неандертальцами (о чем поведал геном верхнепалеолитического сапиенса из румынской пещеры Оасе), в геномах поздних неандертальцев не удалось обнаружить сапиентных примесей. Исследование также показало, что поздний неандерталец из Мезмайской пещеры (Северный Кавказ) ближе к западноевропейским неандертальцам, чем к более древнему индивиду из той же пещеры. Это говорит о дальних миграциях европейских неандертальцев незадолго до вымирания.

Сванте Пэабо и его коллеги из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге продолжают совершенствовать методы извлечения и очистки ДНК из древних костей. Недавно они обнаружили, что если древний костный материал обработать 0,5-процентным раствором гипохлорита натрия, то почти вся современная ДНК в пробе разрушается. Древняя ДНК при этом страдает намного меньше. В результате доля древней ДНК в пробе может вырасти во много раз (см.: P. Korlevi? et al., 2015. Reducing microbial and human contamination in DNA extractions from ancient bones and teeth). Наряду с многочисленными хитростями, придуманными ранее (см. ссылки в конце новости), это позволяет извлечь бесценную генетическую информацию из костей, которые еще 5–8 лет назад казались совершенно безнадежными: так мало в них древней ДНК и так много современных загрязнений.

Именно из таких «бросовых» костей и зубов ученым удалось извлечь целых пять новых черновых (то есть прочтенных с невысоким покрытием) неандертальских ядерных геномов. Точнее, новых геномов в итоге оказалось четыре, потому что косточка из хорватской пещеры Виндия, как выяснилось, принадлежала неандертальцу, чей ядерный геном уже был прочтен ранее.

Все новые геномы принадлежат «поздним» европейским неандертальцам, жившим незадолго до вымирания вида (которое произошло, по современным данным, чуть менее 40 000 лет назад). Местонахождения и возраст костей показаны на рис. 1.

Напомним, что самый первый неандертальский ядерный геном был собран из фрагментов ДНК трех индивидов из Хорватии и имел небольшое покрытие (см.: Геном неандертальцев прочтен: неандертальцы оставили след в генах современных людей, «Элементы», 10.05.2010). Затем были прочтены с высоким покрытием геномы неандертальской женщины из Денисовой пещеры на Алтае, жившей (по последним оценкам) около 120 000 лет назад, и еще одной женщины из пещеры Виндия в Хорватии (Виндия-33.19), жившей немногим более 45 000 лет назад (именно ее геном повторно прочли в ходе данного исследования). Кроме того, был вчерне прочтен геном неандертальца из Мезмайской пещеры (Мезмайская-1), жившего 70 000–60 000 лет назад.

Таким образом, четыре новых ядерных генома (мужчины и женщины из Бельгии, женщины из Франции и еще одной особи мужского пола с Северного Кавказа — Мезмайская-2) расширяют базу для изучения генетического разнообразия неандертальцев примерно вдвое. Что касается неандертальских митохондриальных геномов, то их уже прочтено более двух десятков (рис. 2, а).

Рис. 2. Филогенетические деревья поздних Homo, построенные по митохондриальной ДНК (а), Y — хромосоме (b) и ядерной ДНК (c). Красным шрифтом выделены новые неандертальские геномы. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Одним из главных результатов работы является филогенетическое дерево, основанное на семи неандертальских ядерных геномах (рис. 2, с). Все семь неандертальцев образуют на дереве единую кладу (ветвь), чуть более близкую к денисовцу, чем к современным людям. Это — ожидаемый результат, подтверждающий сложившиеся представления о родственных связях неандертальцев, денисовцев и сапиенсов.

Внутри неандертальской ветви можно заметить разделение по возрасту: сильнее всех от остальных неандертальцев отличается самый древний индивид — женщина из Денисовой пещеры («Алтайский неандерталец»), затем от общего ствола отделяется второй по древности индивид — Мезмайская-1.

Все пять поздних неандертальцев (Мезмайская-2, Виндия-33.19, два «бельгийца» и «француженка») генетически близки друг к другу. Внутри этой группы соблюдается правило, характерное для современных людей: географическая близость коррелирует с генетическим родством.

На этом фоне примечательно то обстоятельство, что поздний неандератлец Мезмайская-2 оказался ближе к поздним неандертальцам из Хорватии, Франции и Бельгии, чем к более древнему индивиду из той же пещеры (Мезмайская-1). По-видимому, это говорит о неких миграциях поздних неандертальцев, происходивших незадолго до окончательного вымирания. Имеющихся данных недостаточно, чтобы понять направление миграции: то ли особи из Западной Европы пришли на Северный Кавказ, то ли наоборот. В любом случае эти переселения приходятся на эпоху, когда климат в Европе был весьма суровым и переменчивым. Сильные похолодания могли приводить к вымиранию локальных популяций неандертальцев, после чего обезлюдевшие районы вновь заселялись потомками уцелевших групп.

Исследователи попытались найти в поздних неандертальских геномах сапиентные примеси, но ничего не обнаружили. Этот результат можно назвать неожиданным, потому что из пяти поздних неандертальцев четверо (все, кроме Виндия-33.19) жили уже после прихода сапиенсов в Европу. Между тем ранее было показано, что кроманьонец из румынской пещеры Оасе, живший 42 000–37 000 лет назад, имел предка-неандертальца в четвертом-шестом колене (Q. Fu et al., 2015. An early modern human from Romania with a recent Neanderthal ancestor). Это значит, что сапиенсы, придя в Европу, скрещивались с местными неандертальцами. Гены европейских неандертальцев проникли в генофонд кроманьонцев. Правда, до современных европейцев это генетическое наследие не дошло — может быть, потому что гибриды имели пониженную приспособленность, или тем племенам кроманьонцев, которые гибридизовались в Европе с неандертальцами, просто «не повезло». На этом фоне полное отсутствие сапиентных примесей в геномах поздних неандертальцев выглядит довольно неожиданно. Для уверенных выводов данных явно недостаточно, но можно пофантазировать на тему о предполагаемой патрилокальности поздних Homo (см.: Неандертальцы жили маленькими группами и ели друг друга, «Элементы», 13.01.2011) и о том, что невесты из слабого и отсталого племени скорее будут переходить в племя сильное и процветающее, чем наоборот.

На основе полученных генетических данных авторы попытались датировать точки ветвления дерева, показанного на рис. 2, с, и оценить степень родства изученных неандертальцев с той неандертальской популяцией, которая оставила свой двухпроцентный след в геномах внеафриканских сапиенсов. Эта популяция, скрещивавшаяся с вышедшими из Африки сапиенсами 55 000 лет назад, обитала, скорее всего, на Ближнем Востоке. О ее генофонде можно судить по тем неандертальским фрагментам, которые сохранились в наших геномах (см.: 20% генома неандертальцев собирается из генов современных людей, «Элементы», 08.03.2014). Оказалось, что эта популяция менее родственна алтайскому неандертальцу, чем всем остальным неандертальцам с известными геномами, но среди этих последних она родственна всем в одинаковой степени.

Авторам удалось получить следующие (очень приблизительные) датировки важнейших узлов дерева:

• Отделение предков сапиенсов от предков неандертальцев и денисовцев: 530 000 лет назад;
• Разделение неандертальцев и денисовцев: 400 000 лет назад;
• Отделение предков алтайского неандертальца от всех остальных неандертальцев с известными геномами: 150 000 лет назад;
• Отделение той популяции, с которой скрещивались вышедшие из Африки сапиенсы, от остальных неандертальцев с известными геномами: после 150 000, но до 90 000 лет назад;
• Отделение предков индивида Мезмайская-1 от поздних европейских неандертальцев: 90 000 лет назад.

К сожалению, качество прочтения генома кроманьонца из румынской пещеры Оасе оказалось недостаточным, чтобы выяснить родственные связи того неандертальца, который был его предком в четвертом — шестом колене.

Главное значение обсуждаемой работы в том, что она показала: развитие методов палеогенетики продолжается ударными темпами. Полные ядерные геномы уже можно извлекать из косточек, которые всего лет пять назад считались бесперспективными. Возможно, не за горами тот день, когда станут реальностью масштабные популяционно-генетические исследования вымерших популяций.

Источник: Mateja Hajdinjak, Qiaomei Fu, Alexander H?bner, Martin Petr, Fabrizio Mafessoni, Steffi Grote, Pontus Skoglund, Vagheesh Narasimham, H?l?ne Rougier, Isabelle Crevecoeur, Patrick Semal, Marie Soressi, Sahra Talamo, Jean-Jacques Hublin, Ivan Gu?i?, ?eljko Ku?an, Pavao Rudan, Liubov V. Golovanova, Vladimir B. Doronichev, Cosimo Posth, Johannes Krause, Petra Korlevi?, Sarah Nagel, Birgit Nickel, Montgomery Slatkin, Nick Patterson, David Reich, Kay Pr?fer, Matthias Meyer, Svante P??bo & Janet Kelso. Reconstructing the genetic history of late Neanderthals // Nature. Published online 21 March 2018. DOI: 10.1038/nature26151.

О развитии методов палеогенетики см. также:
1) Геном денисовского человека отсеквенирован с высокой точностью, «Элементы», 06.09.2012.
2) Прочтен митохондриальный геном гейдельбергского человека: предки неандертальцев оказались родственниками денисовцев по материнской линии, «Элементы», 16.12.2013.

Александр Марков