Конец августа ознаменовался важным событием в области молекулярной антропогенетики. Мы продвинулись еще на шаг к развязке почти детективной истории филогенетической реконструкции рода Homo. Обнаружено прямое доказательство гибридизации двух разновидностей архаичных людей – гибрид первого поколения H. neanderthalensis и H. denisova. Фрагмент останков, принадлежавших девочке-подростку, жившей около 90 тыс. лет назад, был найден в Денисовской пещере на Алтае (Рис. 1) и из него была успешно выделена и отсеквенирована ДНК. Таким образом, это одиннадцатый (и шестой успешно отсеквенированный) образец ДНК, принадлежащий гоминидам, полученный при раскопках в Денисовской пещере. Отличить гибрида первого поколения от особи из гибридной популяции с таким же соотношением генетического материала можно по характеру гетерозиготности фрагментов ДНК. У особи из гибридной популяции наравне с гетерозиготными участками генома должны быть и гомозиготные по разным аллельным вариантам. Особь оказалась гетерозиготной почти по всем исследованным участкам генома, следовательно, она – гибрид первого поколения. Помимо того, что факт обнаружения такой редкой находки среди небольшого количества образцов сам по себе удивителен, генетический материал этой особи дал еще целый набор сведений, которые позволяют обогатить наши представления о генетической структуре и направлениях миграции архаичных людей. Останки так называемых алтайских неандертальцев встречаются в Денисовской пещере в разных слоях, начиная примерно со 120 тыс. лет назад [1]. Следы гибридизации с ними обнаруживаются в нескольких образцах H.denisova, в том числе в геноме денисовца – отца исследуемой особи. Однако неандертальская женщина, которая была ее матерью (как показал анализ гетерозиготности по трансверсиям), принадлежала к другой разновидности неандертальца, близкой к европейской (точнее, к хорватской) (Рис. 2). А поскольку жила она на 40-50 тыс. лет раньше, чем особи, найденные в Европе, появляется вероятность, что европейская разновидность неандертальца могла прийти в Европу с востока.

Рис. 1. Денисовская пещера (Аю-Таш - Медвежий камень), Солонешенский район Алтайского края. Фотографии любезно предоставлены И.Ю. Баклушинской

Рис. 2. Схема филогенетических взаимоотношений между разновидностями H. neanderthalensis и H. denisova на основании ядерного генома с учетом новых данных.

Вообще факт неродственной гибридизации гоминид сам по себе не является новостью, а лишь дополняет уже весьма сложную картину филогенетических взаимоотношений архаичных людей и наших предков. В последние годы в результате подробного анализа геномов древних гоминид и современных людей появилось множество косвенных подтверждений событий гетероспецифической гибридизации и потока генов между разновидностями Homo. Как мы уже знаем, современные потомки выходцев из Африки в своем геноме несут некоторую долю (до 2%) ДНК неандертальца, а коренные жители Океании еще и следы гибридизации с денисовцем [4]. В геномах китайцев, японцев и коренных австралийцев следы денисовской ДНК различаются и происходят от разных ветвей H. denisova или от близких к нему разновидностей. Геном самих денисовцев несет следы гибридизации с очень удаленным представителем рода Homo, имеющим с ним общего предка 1 - 4 млн. лет назад. Алтайские неандертальцы, в свою очередь, скрещивались с H.sapiens - выходцами из Африки первой волны (Рис. 3).

Рис. 3. Эпизоды гибридизации между разновидностями рода Homo, следы которых обнаружены в соответствующих геномах. Kuhlwilm et al. Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals. Nature 2017, volume 530, pages 429–433

Но, несмотря на все более детальную прорисовку общей картины, остается нерешенной основная загадка рода Homo: Время дивергенции, а главное, топология филогенетических деревьев рода Homo, построенных по ядерным и митохондриальным геномам, не совпадают (Рис. 4). Если по данным анализа ядерных геномов H.sapiens является сестринским по отношению к общей ветви H.neanderthalensis и H.denisova с примерным временем расхождения около 600-700 тыс. лет, то по данным изменчивости митохондриальной ДНК род Homo представлен двумя ветвями, имеющими последнего общего предка более 1 млн. лет назад, причем, к одной из них принадлежит денисовец, а неандерталец и сапиенс к другой. Очевидно, что одной только разницей в скоростях эволюции несцепленных генетических маркеров сложившуюся ситуацию объяснить было проблематично, поэтому первой, наиболее убедительной гипотезой была гипотеза замещения (интрогрессии) митохондриального генома денисовца на чужеродный в результате неродственной гибридизации с пока неизвестными удаленными представителями архаичных людей. Однако эта гипотеза имела недостаток: генетическое расстояние между сапиенсной и неандертальской (неандертальско-денисовской) митохондриальными линиями в этом случае слишком мало – всего 400-450 тыс. лет (Рис. 4). И когда научное сообщество уже было готово принять такой сценарий с поправкой на то, что молекулярные часы не всегда достоверны, внезапно все карты смешала неожиданная удача с секвенированием генома из гораздо более древних останков, найденных в пещере Сима де лос Уэсос в Испании. Исследования показали, что у древней гоминиды (H. heidelbergensis), которую сейчас уже принято называть ранним неандертальцем, митохондриальный геном принадлежит к той же линии, что и у денисовца. Ученые сделали вывод, что события интрогрессии мт-генома в истории рода Homo могли происходить неоднократно, тем более что в этот период появлялось все больше публикаций с доказательствами гетероспецифической гибридизации между всеми тремя разновидностями рода Homo по данным ядерных геномов. Следовательно, H. heidelbergensis мог получить свой мт-геном в результате другой неродственной гибридизации с кем-то из архаичных людей. Однако согласно принципам максимальной парсимонии два события всегда менее вероятны, чем одно, и через время появляется альтернативная, но более амбициозная гипотеза об интрогрессии митохондрильного генома не у денисовца и гейдельбержца, а у позднего неандертальца [2][3]. Эта гипотеза хорошо согласуется с данными о гибридизации неандертальца с H.sapiens первой волны. Авторы предполагают, что гибридизация имела место не позднее 270 тыс. лет назад и привела в дальнейшем к полному замещению митохондриального генофонда неандертальца на генотип сапиенсной линии на всей территории распространения вида от Европы до Алтая. В поддержку данной гипотезы свидетельствует тот факт, что спектр изменчивости мтДНК неандертальца (довольно хорошо изученный к настоящему времени) не очень велик. Возраст неандертальской митохондриальной Евы – около 270 тыс. лет (с учетом самой глубокой ветви из пещеры Hohlenstein-Stadel (HST) на юге Германии [3]), хотя независимая эволюция неандертальца началась около 450-500 тыс. лет назад. Следовательно, вид претерпевал колебания численности, приводящие к сокращению генетического разнообразия. Одно из таких “бутылочных горлышек” могло способствовать распространению приобретенного мт-гаплотипа. И хотя поверить в реальность такого сценария пока непросто, все же такая вероятность существует. Мы знаем примеры полного замещения митохондриального генофонда вида в природе. Однако и здесь есть одно “но”. Эта гипотеза тоже не до конца объясняет наблюдаемую картину: генетическое расстояние между двумя митохондриальными линиями рода Homo в этом случае необъяснимо велико – примерно 1 млн. лет (Рис. 4).

Рис. 4. По имеющимся на данный момент сведениям, схему филогенетических отношений рода Homo на основании ядерных и митохондриальных геномов можно представить следующим образом. Данные о датировках взяты из публикаций [1-5]. Синим цветом обозначена митохондриальная линия, к которой относится H. denisova и H. heidelbergensis, зеленым – сапиенсно-неандертальская митохондриальная линия.

Совершенно очевидно, что в ближайшем будущем в области молекулярной антропогенетики нас ждут неожиданные и удивительные открытия. И ключ к пониманию процессов, которые могли привести к формированию наблюдаемой противоречивой картины, лежит в области изучения характера кон- и гетероспецифических межпопуляционных взаимодействий наших предков и их сородичей. Таким образом, к настоящему моменту на повестке дня следующие вопросы: Какого рода были взаимоотношения разновидностей рода Homo? Каков их таксономический статус? Как часто происходили гибридизации? Были ли они асимметричными? Почему не образовывались смешанные популяции? На каком уровне была репродуктивная изоляция? Какую роль в поддержании потока генов играл отбор? Какова была популяционная структура? Интенсивность миграции? Флуктуации численности? Какую роль в формировании генотипа современного человека сыграли гетероспецифические романтические отношения наших предков? И кто вообще внес эту ужасную путаницу в наше генеалогическое древо?

1. Pääbo S. The diverse origins of the human gene pool. Nat Rev Genet. 2015 Jun;16(6):313-4
2. Meyer M., Arsuaga J., Filippo C., Nagel S., Aximu-Petri A., Nickel B., Martínez I., Gracia A., Bermúdez de Castro J. M., Carbonell E., Viola B., Kelso J., Prüfer K., Pääbo S. Nuclear DNA sequences from the Middle Pleistocene Sima de los Huesos hominins/ Nature. 2016 Mar 24;531(7595):504-7
3. Posth C, Wibing C, Kitagawa K, Pagani L, van Holstein L, Racimo F, Wehrberger K, Conard NJ, Kind CJ, Bocherens H, Krause J. Deeply divergent archaic mitochondrial genome provides lower time boundary for African gene flow into Neanderthals./ Nat Commun. 2017 Jul 4;8:16046.
4. Prüfer K, Racimo F, Patterson N, Jay F, Sankararaman S, Sawyer S, Heinze A, Renaud G, Sudmant PH, de Filippo C, Li H, Mallick S, Dannemann M, Fu Q, Kircher M, Kuhlwilm M, Lachmann M, Meyer M, Ongyerth M, Siebauer M, Theunert C, Tandon A, Moorjani P, Pickrell J, Mullikin JC, Vohr SH, Green RE, Hellmann I, Johnson PL, Blanche H, Cann H, Kitzman JO, Shendure J, Eichler EE, Lein ES, Bakken TE, Golovanova LV, Doronichev VB, Shunkov MV, Derevianko AP, Viola B, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature. 2014 Jan 2;505(7481):43-9. doi: 10.1038/nature12886. Epub 2013 Dec 18.
5. Kuhlwilm M, Gronau I, Hubisz MJ, de Filippo C, Prado-Martinez J, Kircher M, Fu Q, Burbano HA, Lalueza-Fox C, de la Rasilla M, Rosas A, Rudan P, Brajkovic D, Kucan Ž, Gušic I, Marques-Bonet T, Andrés AM, Viola B, Pääbo S, Meyer M, Siepel A, Castellano S. Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals. Nature 2017, volume 530, pages 429–433

Новость подготовила © 2018 Сорокина С.Ю.
20.09.2018