Прочитаний ядерний геном людини з Денисової печери • Олександр Марков • Новини науки на "Елементи" • Антропологія, Палеонтологія, Генетика

Прочитаний ядерний геном людини з Денисової печери

Зуб з Денисової печери: занадто великий для сапієнсів, занадто примітивний для неандертальців. Фото з обговорюваної статті в Nature

Отсеквенірован ядерний геном дівчинки, яка залишила фалангу свого мізинця в Денисовій печері на Алтаї 30-50 тисяч років тому. Підтвердився висновок, зроблений в березні на основі аналізу мітохондріального геному того ж індивідуума: "денисовців" представляли собою особливу расу або вид, відмінний від сапієнсів і неандертальців. Нові дані показали, що денисовців були генетично ближчі до неандертальців, однак схрещувалися і з сапиенсами, а їх гени збереглися в сучасному людстві. Найбільше Денисовском генів виявлено у жителів Меланезії, заселеної сапиенсами близько 45 тисяч років тому.

У замітці Людина з Денисової печери виявився не сапієнс і не неандертальцем (Елементи, 27.03.2010) ми детально розповіли про Денисовій печері і про те шарі печерних відкладень, в якому в 2008 році була зроблена унікальна знахідка – фаланга мізинця людського дитини, який жив тут 30 -50 тисяч років тому. Всього 9 місяців минуло з моменту публікації статті про мітохондріальному геномі денисовців, і ось уже журнал Nature публікує звіт дослідників про новий блискучому досягненні – секвенування ядерного генома загадкового мешканця алтайської печери.

Аналіз Денисовского мітохондріального геному показав, що остання загальна праматір денисовців, сапієнсів і неандертальців по безперервної жіночій лінії жила близько 1 млн років тому. Остання загальна мітохондріальна праматір сапієнсів і неандертальців жила багато пізніше – 500 тисяч років тому. "Мітохондріальна Єва" сучасних сапієнсів жила близько 150-200 тисяч років тому. Аналогічна "Єва" пізніх неандертальців (всіх, чиї мтДНК отсеквеніровани до сьогоднішнього дня), жила всього лише 100 тисяч років тому. Молодий вік неандертальської "мітохондріальної Єви" вказує на період різкого скорочення чисельності – "пляшкове горлечко" в історії неандертальської популяції, коли багато мітохондріальні лінії були втрачені.

Однак необхідно пам'ятати, що мтДНК – лише мала частина генома, що передається строго по жіночій лінії і в великій мірі схильна до випадковим перипетій генетичного дрейфу (див .: Найдавніша історія людства переглянута, "Елементи", 02.03.2006). Встановлення часу життя "мітохондріальних Єв" – лише перший крок до розуміння справжніх генеалогий.Аналіз ядерних геномів дозволяє отримати набагато більш точну реконструкцію історії та споріднених взаємин наших предків і їх вимерлих родичів.

Прочитання ядерного генома неандертальця дозволило встановити, що наші популяції реально розділилися 270-440 тисяч років тому, тобто помітно пізніше часу життя нашої з неандертальцями "Єви" (500 тисяч років). Втім, "Єва" і повинна бути старше моменту поділу популяцій. Щоб зрозуміти, чому це так, можна намалювати хаотично ветвящееся дерево, довільно розділити верхню частину його крони вертикальною лінією, а потім знайти трьох "Єв" (точки сходження кінцевих гілок) для кожної з половинок крони і для обох половин разом.

Робота проводилася в Інституті еволюційної антропології ім. Макса Планка в Лейпцигу – там же, де був прочитаний повний геном неандертальця і ​​мітохондріальний геном денисовців. Автори мають чималий досвід роботи з древньою ДНК, і з кожним новим проектом якість роботи підвищується. На цей раз вони використовували важливу нову хитрість. За допомогою ферментів урацил-ДНК-глікозілази і ендонуклеази VIII вони акуратно видаляли з фрагментів стародавньої ДНК пошкоджені часом шматочки, в яких цитозини перетворилися в урацілом.В результаті кількість помилок в прочтенном геномі скоротилося на порядок в порівнянні з геномом неандертальця.

Авторам чимало допомогла та обставина, що давня людська ДНК в Денисовський фаланги дивно добре збереглася. У більшості неандертальських кісток ДНК неандертальця становить менше 1%, все інше – бактеріальні забруднення. У кісточці з Денисової печери частка древньої людської ДНК становить близько 70%. Середня довжина збережених фрагментів ДНК (60-75 пар основ, пар нуклеотидів) теж вище, ніж в найбільш добре збережених неандертальських кістках (зазвичай не більше 50 пар основ)

Як завжди, було зроблено все можливе, щоб не допустити потрапляння в проби сучасної людської ДНК. Для перевірки ефективності вжитих заходів використовували три методи. Проби перевірили на наявність мітохондріальної ДНК H. sapiens, На присутність фрагментів Y-хромосоми (в ході цього аналізу стало ясно, що Денисовець був дівчинкою), крім того, в двох незалежно отриманих "бібліотеках" отсеквенірованних фрагментів Денисовський ДНК порівняли співвідношення "примітивних" (як у загального предка з шимпанзе) і " просунутих "(як у сапієнсів) нуклеотидних позицій.Всі тести показали, що рівень забруднення проб фрагментами сучасної ДНК знаходиться в межах десятих часток відсотка. Загальна довжина прочитаних шматочків ядерної ДНК – 5,2 млрд нуклеотидів, що в 1,9 рази більше довжини всього генома. Однак багато фрагментів повторюються, і весь геном цілком вони не покривають (як і у випадку з геномом неандертальця).

Детальне порівняння Денисовского генома з геномами сапієнсів, шимпанзе і неандертальців (автори отсеквеніровалі фрагменти ядерних геномів неандертальців з Росії, Іспанії та Німеччини на додаток до "головного" хорватському геному) дозволило уточнити генеалогію досліджених популяцій. З'ясувалося, що денисовців все-таки ближче до неандертальців, ніж до сапієнс. Спочатку розділилися предки сапієнсів і двох інших популяцій, а трохи пізніше предки денисовців відділилися від предків неандертальців. Вже після цього другого поділу неандертальці випробували різке скорочення чисельності ( "пляшкове горлечко"), яке призвело до сильного скорочення генетичного різноманіття неандертальської популяції. Тому пізні неандертальці генетично набагато менш різноманітні, ніж сучасні люди.У цей період багато аллели і мітохондріальні гаплотипи були втрачені неандертальцями, в тому числі, можливо, були втрачені і варіанти мітохондріальної ДНК, близькі до "Денисовском".

Генеалогія денисовців, неандертальців і сапієнсів, заснована на порівнянні ядерних геномів. 10 індивідуумів, зверху вниз: Денисовець, 4 неандертальця, представники п'яти сучасних народів: сан (бушмени), китаєць, папуас, француз, йоруба. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Наявних даних недостатньо, щоб дати однозначну відповідь на питання, чому по мтДНК Денисовский людина сильніше відрізняється від неандертальців і сапієнсів, ніж з ядерного геному. Одне з двох: або варіанти мтДНК, близькі до Денисовском, випадково загубилися в результаті дрейфу в популяціях неандертальців і сапієнсів, або дівчинка з Денисової печери отримала свою архаїчну мтДНК в результаті епізодичного схрещування її предків з якимись іншими представниками людського роду – з пізніми еректусами , наприклад, або з гейдельбержцев.

Прочитання неандертальського геному показало, що незабаром після виходу з Африки сапиенси схрещувалися з неандертальцями в Передній Азії.Надалі інтенсивної гібридизації, мабуть, не було, але неандертальські гени встигли проникнути в наш генофонд і поширилися по всій Азії і Європі в ході подальшого розселення сапієнсів. Тому 1-4% генів сучасних азіатів і європейців мають неандертальське походження. Чистокровними сапиенсами виявилися тільки африканці, які живуть на південь від Сахари.

Чи немає в нас також і домішки Денисовський крові? Для відповіді на це питання автори використовували методики, подібні до тих, які раніше дозволили показати присутність неандертальських генів у сучасних азіатів і європейців і їх відсутність у африканців. Зокрема, розглядалися нуклеотидні позиції, в яких у француза або китайця варто один нуклеотид, у африканця – інший, у шимпанзе присутній один з цих двох варіантів, а у архаїчного людини (денисовців або неандертальця) – інший. За такими позиціями неандертальські геноми виявляються подібні з французьким в середньому на 4,6 ± 0,7% частіше, ніж з геномом йоруба. Це як раз і показує, що у француза є неандертальські гени. Однак Денисовский геном виявляється схожий з французьким лише на 1,8 ± 0,5% частіше, ніж з йоруба, і приблизно такі ж цифри були отримані для інших комбінацій (француз і сан, китаєць і йоруба, китаєць і сан).Це означає, що якщо євразійські геноми і містять якусь Денисовском домішка, то вона невелика в порівнянні з неандертальської. Для пояснення цієї невеликої Денисовський домішки навіть не потрібно залучати гіпотезу про безпосередньому схрещуванні сапієнсів з денісовцамі. "Денисовском" гени в принципі могли бути отримані євразійськими сапиенсами через посередництво неандертальців в ході того ж самого періоду гібридизації в Передній Азії близько 80 тисяч років тому.

Цікавий і несподіваний результат був отриманий, коли автори порівняли Денисовский геном з даними по 938 сучасним людям з 53 різних народів з усіх кінців світу. У цих людей не секвенований повні геноми, а тільки визначалося аллельному стан 642 690 поліморфних однонуклеотидних локусів (SNPs). Цих даних виявилося досить, щоб виявити домішка Денисовском генів у сучасного населення Меланезії, включаючи Нову Гвінею. У інших сучасних людських популяцій подібних домішок не виявлено.

Нові дані дозволили уточнити внесок неандертальців в геноми сучасних євразійців. Геноми жителів Євразії, за новими оцінками,містять 2,5 ± 0,6% неандертальських генів (що ні суперечить опублікованим раніше цифрам 1-4%), а геноми меланезійців на додачу до неандертальських мають ще 4,8 ± 0,5% Денисовском генів.

Найбільш ймовірна реконструкція популяційної історії неандертальців, денисовців і сапієнсів. Предки сучасних людей відділилися від предків сапієнсів і денисовців в момент часуtv (Між 270 і 440 тисячами років тому). Потім денисовців відділилися від неандертальців (tD). Ще пізніше частина сапієнсів вийшла з Африки в Передню Азію (tAfr). Тут вони схрещувалися з неандертальцями (потік генів від неандертальців до предків сучасних євразійців,f1). Значно пізніше мала місце гібридизація предків сучасних меланезійців з денісовцамі (потік генівf2), Що не вплинула на інші популяції сапієнсів. N – розмір популяції. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Крім фаланги мізинця, в Денисовій печері в тому ж 11-му шарі було знайдено майже цілий людський корінний зуб. Це чи то другий, то чи третій верхній лівий моляр, і саме незвичайне в ньому – його великий розмір. Якщо це третій моляр (зуб мудрості), то він більше, ніж у всіх відомих викопних представників людського роду, за винятком H.habilis і H. rudolfensis. Якщо це другий моляр, то він сяк-так вкладається в діапазон мінливості H. erectus. Зуб не має специфічних неандертальських ознак, які помітні вже у передбачуваних предків неандертальців, які жили в Атапуерці (Іспанія) між 350 і 600 тисячами років тому.

Авторам вдалося виділити з зуба ДНК і отсеквеніровать мітохондріальний геном. Він виявився майже таким же, як в фаланзі мізинця, не рахуючи пари нуклеотидних замін. Зуб належить молодому, але все ж дорослій людині, фаланга – дитині, з чого випливає, що поява денисовців в печері в ту епоху не було випадковим подією. Схоже, ці невідомі люди дійсно жили в Денисовій печері. Може бути, це вони, а не до сих пір не знайдені тут сапиенси, виготовили складні верхнепалеолитические знаряддя, що рясніють в 11-м шарі? (Детальніше про ці знаряддя см. В замітці Людина з Денисової печери виявився не сапієнс і не неандертальцем.) Втім, автори відзначають, що артефакти 11-го шару, можливо, походять з двох різних епох. Не виключено, що печерні відкладення піддалися перемішування. В такому випадку зуб і мізинець, ймовірно, належать до більш давньої епохи (близько 50 тисяч років тому), а верхнепалеолитические артефакти – до більш пізньої.Якщо так, їх виробниками, напевно, були все-таки сапиенси, які оселилися тут пізніше, але не залишили археологам ні зубів, ні мізинців. Денисовців ж задовольнялися середньопалеолітичними (мустьерськимі) технологіями.

Будемо сподіватися, що нові археологічні знахідки допоможуть нам дізнатися більше про дивні родичах неандертальців з архаїчними зубами і мітохондріями, які залишили помітний слід в генофонді сучасного людства.

джерело: David Reich, Richard E. Green, Martin Kircher, Johannes Krause, Nick Patterson, Eric Y. Durand, Bence Viola, Adrian W. Briggs, Udo Stenzel, Philip LF Johnson, Tomislav Maricic, Jeffrey M. Good, Tomas Marques-Bonet, Can Alkan, Qiaomei Fu, Swapan Mallick, Heng Li, Matthias Meyer, Evan E. Eichler, Mark Stoneking, Michael Richards, Sahra Talamo, Michael V. Shunkov, Anatoli P. Derevianko, Jean-Jacques Hublin, Janet Kelso, Montgomery Slatkin, Svante Pääbo. Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia // Nature. 2010. V. 468. P. 1053-1060.

Див. також:
1) Людина з Денисової печери виявився не сапієнс і не неандертальцем, "Елементи", 27.03.2010.
2) Геном неандертальців прочитаний: неандертальці залишили слід в генах сучасних людей, "Елементи", 10.05.2010.

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: :???: :?: :!: