Прочитаний геном доісторичної жінки, чиїм батьком був Денисовець, а матір'ю - неандерталки • Олександр Марков • Новини науки на "Елементи" • Генетика, Еволюція

Прочитаний геном доісторичної жінки, чиїм батьком був Денисовець, а матір'ю – неандерталки

Мал. 1. місцезнаходження древніх Homo, Що жили не пізніше 40 000 років тому, чию приналежність до денисовців, неандертальцям або сапієнс вдалося визначити з ядерної ДНК. синім кольором позначені неандертальці, червоним – денисовців, жовтим – сапиенси. зірочками позначені чотири індивіда, чиї геноми вдалося прочитати з високим покриттям (тобто дуже якісно): неандертальці Vindija 33.19 і Altai (Den5), Денисовець Den3 і сапієнс Ust'-Ishim 1. Розглянутий в обговорюваній статті індивід жіночої статі Denisova 11 виявився гібридом першого покоління : батько цієї жінки був денисовців, а мати неандерталки. Тому її фігурка наполовину червона, наполовину синя. синя точка на фігурі сапієнса Oase 1 відображає той факт, що у цього кроманьйонця був предок-неандерталець в четвертому-шостому коліні. синя точка на фігурці Денисовський дівчинки Den3 означає невелику домішку неандертальських генів, отриманих предками дівчинки задовго до її народження. Знак питання близько індивіда Feld2 означає, що його підлогу під питанням. Малюнок з обговорюваної статті вNature

Сванте Пеабо і його колеги з Інституту еволюційної антропології Товариства Макса Планка в Лейпцигу отсеквеніровалі геном давньої людини, що жила близько 90 000 років тому на Алтаї.Геном був виділений з маленького уламка кістки, знайденого в Денисовій печері. Аналіз генома показав, що кістка належала жінці, чий батько був денисовців з невеликою домішкою неандертальських генів, а мати – чистокровної неандерталки. Поряд з опублікованими раніше геномом кроманьйонця з печери Оасе в Румунії, у якого був предок-неандерталець в четвертому-шостому коліні, цей факт говорить про те, що гібридизація між сапиенсами, денісовцамі і неандертальцями відбувалася досить часто. Те, що вони при цьому все-таки зберігали відособленість, можливо, вказує на генетичну несумісність (знижену пристосованість гібридів).

Незвичайне завзятість і винахідливість Сванте Пеабо і його команди дозволили фактично поставити секвенування древніх геномів на потік (див .: У геномах пізніх європейських неандертальців не вдалося виявити слідів гібридизації з сапиенсами, "Елементи", 26.03.2018). Але для того, щоб конвеєр працював, потрібно постійно десь добувати стародавні кістки, в яких збереглося хоч трохи автентичної ДНК, а це справа непроста.

Систематичні і неймовірно детальні розкопки, багато років ведуться в Денисовій печері під посібникам академіка А. П.Дерев'янко, дали безцінний матеріал для палеогенетіческіх досліджень, хоча з точки зору класичної археології виглядає цей матеріал більш ніж скромно: в кращому випадку це окремі зуби або фаланги пальців. З однієї такої фаланги був виділений геном денисівська людина (див .: Геном денисівська людина отсеквенірован з високою точністю, "Елементи", 06.09.2012), з іншого – геном алтайського неандертальця (див .: Між сапиенсами і неандертальцями існувала часткова репродуктивна ізоляція, " елементи ", 03.02.2014), причому обидва генома вдалося прочитати дуже якісно (з високим покриттям). Судячи з усього, умови в Денисовій печері дуже сприятливі для збереження давньої ДНК. Пізніше з трьох зубів витягли фрагменти ядерних геномів ще трьох денисовців (Den2, Den4 і Den8 на рис. 1; V. Slon et al., 2017. A fourth Denisovan individual).

Втім, навіть такі знахідки – велика рідкість. Основна маса зібраного в Денисовій печері кісткового матеріалу – це дрібні неідентифіковані уламки, невідомо яким видам тварин належать. Але це не зупинило палеогенетіков. Вони сміливо взялися за вивчення уламків, аналізуючи зберігся в них колаген за допомогою мас-спектрометрії. У багатьох випадках це дозволяє визначити кістка якщо не до виду, то хоча б до загону (M. Buckley 2017.Zooarchaeology by Mass Spectrometry (ZooMS) Collagen Fingerprinting for the Species Identification of Archaeological Bone Fragments). Цього в даному випадку достатньо, тому що інші примати, крім людей, навряд чи жили на Алтаї в плейстоцені.

Проаналізувавши понад 2000 уламків, вчені виявили одну-єдину людську кісточку, що отримала назву Denisova 11. З неї виділили мітохондріальну ДНК, яка виявилася неандертальської (S. Brown et al., 2016. Identification of a new hominin bone from Denisova Cave, Siberia using collagen fingerprinting and mitochondrial DNA analysis). Радіовуглецевий аналіз показав, що вік кістки перевищує 50 000 років. Її власникові на момент смерті було не менше 13 років – про це можна судити по товщині кортикального шару кістки. Між іншим, судячи з поїдені зовнішньої поверхні уламка, він з великою ймовірністю побував в травному тракті хижого звіра.

У новій статті, опублікованій 22 серпня на сайті журналу Nature, Повідомляється про чорновому (із середнім покриттям 2,6) прочитанні ядерного геному індивіда Denisova 11, який виявився неандертальського-Денисовском метисом першого покоління.

Denisova 11 – жінка, тому що слідів Y-хромосоми серед прочитаних фрагментів ДНК не виявлено, а покриття для X-хромосоми вийшло таке ж, як і для інших хромосом. Трьома різними методами вдалося показати, що забрудненість генома фрагментами ДНК сучасних людей не перевищує 1,7%.

Щоб з'ясувати, до якого виду людей належить Denisova 11, автори порівняли її геном з трьома іншими: Денисовском (Den3), алтайського неандертальця (Den5) і сучасного африканця. Порівняння проводилося за "просунутим" (не таким, як у шимпанзе) аллелям. Виявилося, що Denisova 11 має однакову ступінь спорідненості з неандертальцями і денісовцамі. Цей результат не змінився, коли замість Den5 використовували другий якісно прочитаний неандерталський геном (Vindija 33.19). Рівень гетерозиготності у Denisova 11 виявився набагато вище, ніж у Den3 і обох неандертальців. Якраз такий рівень гетерозиготності (можна порівняти з тим, що спостерігається у сучасних африканців) повинен бути у нащадка від змішаного неандертальського-Денисовского шлюбу.

Рівна частота народження неандертальських і Денисовском алелей у Denisova 11 означає, що або доісторична жінка є метисом першого-другого покоління, або вона – представник гібридної популяції, в якій гени денисовців і неандертальців колись змішалися в рівній пропорції. Щоб вибрати більш ймовірний з цих варіантів, вчені проаналізували нуклеотидні позиції, за якими геном алтайського неандертальця найбільш чітко відрізняється від генома денисовців (позиції, в яких неандерталець гомозиготен по одному аллели, а Денисовець – по іншому).При цьому враховувалися тільки самі "надійні" нуклеотидні відмінності, а саме трансверсії, які з найменшою вірогідністю можуть виникнути посмертно. Автори випадковим чином вибирали з прочитаних шматочків генома Denisova 11 два фрагмента, що включають дану позицію, і дивилися, які нуклеотиди там стоять. При цьому можливі три варіанти: 1) обидва фрагмента як у неандертальця, 2) один як у неандертальця, інший як у денисовців, 3) обидва як у денисовців. Потрібно враховувати, що два обраних фрагмента можуть з однаковою ймовірністю або походити від двох різних гомологічних хромосом, або виявитися двома прочитаннями однієї і тієї ж хромосоми. Тому якщо Denisova 11 є гібридом першого покоління, і, отже, гетерозиготна майже по всіх розглянутих позицій, то очікуване співвідношення трьох названих варіантів буде 25:50:25 (а не 0: 100: 0, як було б у тому випадку, якщо б геном був прочитаний з абсолютною точністю, фрагменти зібрані в цілі хромосоми, і можна було б з упевненістю брати за фрагментом від кожної з двох гомологічних хромосом). Підрахована співвідношення виявилося дуже близьким до 25:50:25. Таким чином, можна вважати доведеним, що Denisova 11 – гібрид першого покоління.Її мати була неандерталки (оскільки мітохондріальна ДНК, що передається по материнській лінії, у неї неандертальська), а батько – денисовців.

Більш детальний аналіз показав, що в геномі Denisova 11 є як мінімум п'ять невеликих ділянок, в яких не одна, а обидві хромосоми несуть характерні неандертальські аллели, а Денисовском майже немає. Це означає, що в Денисовський популяції, до якої належав батько досліджуваної жінки, була невелика домішка неандертальських генів – слід більш давнього епізоду гібридизації. За оцінкою авторів, цей епізод міг статися за 300-600 поколінь до народження батька Denisova 11. Цікаво, що його неандертальська чоловіка і ті давні неандертальці, що залишили свій слід в його геномі, швидше за все, походили з різних неандертальських популяцій. На це вказує злегка підвищений (в порівнянні з неандертальцями Den5 і Vindija 33.19) рівень гетерозиготності в згаданих п'яти ділянках.

Що стосується неандертальської матері Denisova 11, то вона, як не дивно, виявилася більш близькою родичкою хорватського неандертальця Vindija 33.19, ніж своєї давнішої одноплемінника з тієї ж самої Денисової печери (Den5). Можливо, це говорить про якісь масштабні міграції неандертальських племен.Наприклад, можна припустити, що після 120 000 років тому – це приблизний час життя Den5 – європейські неандертальці прийшли на Алтай і витіснили місцеву популяцію. Тут доречно згадати, що опубліковані недавно дані по геномам пізніх європейських неандертальців теж вказують на далекі міграції (див .: У геномах пізніх європейських неандертальців не вдалося виявити слідів гібридизації з сапиенсами, "Елементи", 26.03.2018).

На рис. 2 показана схема родинних відносин неандертальців і денисовців, уточнена на основі нових даних.

Мал. 2. Схема родинних зв'язків неандертальців і денисовців, заснована на даних по ядерних геномам. За вертикальної осі – час в тисячах років тому. ромбами показані три генома, прочитаних з високим покриттям (Altai Neanderthal, Denisova 3, Vindija 33.19), кружками – моменти розподілу предкової популяцій, які оцінені за величиною відмінностей між геномами. Датування геномів засновані на молекулярно-генетичних даних (спрощено кажучи, чим давніший індивід, тим менше він встиг накопичити відмінностей від шимпанзе) і на припущенні, що предки людей і шимпанзе розділилися 13 млн років тому. синьою стрілкою позначений приплив неандертальських генів в Денисовском популяцію, що мав місце за 300-600 поколінь до часу життя Denisova 11. Малюнок з обговорюваної статті вNature

Таким чином, дослідження показало, що епізодів схрещування неандертальців з денісовцамі було як мінімум два. Ми також знаємо, що сапиенси схрещувалися з денісовцамі не менше двох разів (див. Предки китайців і японців схрещувалися з двома різними популяціями денисовців, "Елементи", 19.03.2018). Гібридизація сапієнсів з неандертальцями теж відбувалася неодноразово (B. Vernot et al., 2016. Excavating Neandertal and Denisovan DNA from the genomes of Melanesian individuals). Крім того, предки пігмеїв схрещувалися з якоїсь невідомої архаїчної популяцією в Африці (P. Hsieh et al., 2016. Model-based analyses of whole-genome data reveal a complex evolutionary history involving archaic introgression in Central African Pygmies), а у денисовців є домішка іншої невідомої архаїчної популяції (у алтайських неандертальців знайдені гени архаїчних сапієнсів, а у денисовців – гени гейдельбергских людей, "Елементи", 25.02.2016). Але самим наочним доказом частою метисации є той факт, що серед нечисленних стародавніх індивідів з отсеквенірованнимі ядерними геномами знайшлося цілих два випадки зовсім недавньої гібридизації: кроманьонец з румунської печери Оасе, мав предка-неандертальця в четвертому-шостому коліні (Q. Fu et al., 2015.An early modern human from Romania with a recent Neanderthal ancestor), і Denisova 11 – гібрид першого покоління. Мабуть, це означає, що сапиенси, денисовців і неандертальці в періоди спільного проживання на тій чи іншій території схрещувалися один з одним цілком охоче і часто. Чому ж тоді три популяції не злилися, а зберегли (ймовірно, до самого кінця, тобто до вимирання неандертальців і денисовців) свою генетичну ідентичність і відособленість? Швидше за все, ця суперечність вказує на сильну постзіготіческую репродуктивну ізоляцію, тобто на знижену виживання або плодючість гібридів. У такому випадку їх все-таки правильніше вважати різними видами людей.

джерело: Viviane Slon, Fabrizio Mafessoni, Benjamin Vernot, Cesare de Filippo, Steffi Grote, Bence Viola, Mateja Hajdinjak, Stéphane Peyrégne, Sarah Nagel, Samantha Brown, Katerina Douka, Tom Higham, Maxim B. Kozlikin, Michael V. Shunkov, Anatoly P. Derevianko, Janet Kelso, Matthias Meyer, Kay Prüfer & Svante Pääbo. The genome of the offspring of a Neanderthal mother and a Denisovan father //Nature. Published online 22 August 2018.

Див. також:
1) У геномах пізніх європейських неандертальців не вдалося виявити слідів гібридизації з сапиенсами, "Елементи", 26.03.2018.
2) Предки китайців і японців схрещувалися з двома різними популяціями денисовців, "Елементи", 19.03.2018.
3) Між сапиенсами і неандертальцями існувала часткова репродуктивна ізоляція, "Елементи", 03.02.2014.
4) У алтайських неандертальців знайдені гени архаїчних сапієнсів, а у денисовців – гени гейдельбергских людей, "Елементи", 25.02.2016.
5) Михайло Гельфанд. Нерівний шлюб, "Троїцький варіант" №261, 28.08.2018.

Олександр Марков


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: