Сомнительная родословная

Благодаря новым технологиям ученые в последние годы здорово изменили представление людей об их собственной эволюции. В начале 2010 года группа палеонтологов объявила, что им удалось обнаружить новый вид человека, а в этот четверг исследователи сообщили, что этот новый вид был одним из предков современных жителей Меланезии - они несут в своей ДНК до 6 процентов древних генов.

Вслепую

Еще 15 лет назад открытие нового вида людей было бы невозможно по причине того, что тогда ученые не умели толком работать с ДНК, которая пролежала в мерзлом грунте, или влажной пещере, или слое глины несколько сотен тысяч лет. При помощи существовавших тогда методов выделения ДНК и ее "прочтения" было невозможной найти редкие и сильно порванные молекулы среди дезоксирибонуклеиновых кислот микробов и самих исследователей, здорово перевешивавших искомую ДНК по массе.

Но в 2000-х годах технологии стали совершенствоваться с невиданной скоростью (не в последнюю очередь потому, что методы выделения ДНК из "сложных" образцов востребованы в медицине, и на их разработку выделяются большие деньги), и у палеонтологов, наконец, появился шанс узнать о вымерших родственниках человека всю подноготную. До недавнего времени исследователи делали предположения о внешнем облике и образе жизни древних людей, основываясь только на анализе найденных костей и орудий труда. Но очень часто находки представляли собой не целые скелеты или хотя бы их значительные части, а отдельные косточки небольшого размера.

Иногда можно делать уверенные выводы о месте изучаемого объекта на эволюционном древе и по таким скудным исходным данным - например, если ученые находят кости черепа или запястья, которые служат четкими маркерами принадлежности к тому или иному виду. Но чаще, если кости оказываются диагностически бесполезными, их просто описывают, присваивают им какой-нибудь сложный номер и отправляют в архив музея или института.

Так случилось и с осколком кости мизинца, который нашли российские ученые, работавшие в Денисовой пещере в Алтайском крае. Помимо этой невзрачной косточки в пещере было обнаружено множество предметов, которые характерны для неандертальских стоянок, так что исследователи решили, что кость принадлежит одному из представителей вида Homo neanderthalensis. Так они и думали бы до сих пор, если бы не их коллеги из института эволюционной антропологии в Лейпциге, а точнее, из лаборатории шведа Сванте Паабо (Svante Paabo).

Пионер

Эта фамилия стала известна в кругах палеонтологов и далеких от палеонтологии людей в 2008 году, когда в лаборатории Паабо была впервые расшифрована митохондриальная ДНК неандертальца. Митохондрии - это клеточные органеллы, отвечающие за обеспечение клетки энергией. В далеком прошлом они были свободноживущими бактериями, но потом стали жертвами более агрессивных клеток, которые "поработили" митохондрий, приспособив для собственных нужд. Тем не менее, часть своей ДНК бывшие бактерии сохранили, и ее анализ часто используется для установления эволюционных связей между организмами.

Итак, Паабо и его сотрудники, используя разработанную ими методику выделения ДНК из древних образцов, смогли с высокой надежностью восстановить последовательность митохондриальной ДНК неандертальца, жившего около 38 тысяч лет назад. Но ДНК митохондрий очень короткая и, кроме того, она передается по наследству только от матери к дочери (то есть, в ней отражена только эволюционная история женщин), так что делать с ее помощью исчерпывающие выводы о родственных связях Homo sapiens и Homo neanderthalensis, а также о характеристиках самих неандертальцев нельзя.

Спустя всего четыре месяца Паабо опубликовал статью, в которой представил черновой вариант расшифровки ядерного генома неандертальца, а еще через месяц была опубликована более надежная версия расшифровки. Наконец, в начале мая 2010 года в журнале Science вышла статья ученого и его соавторов, в которой был представлен еще более полный (но, по-прежнему, черновой) вариант генома H. neanderthalensis. Кроме того, в статье были приведены некоторые выводы, сделанные на основании анализа расшифрованной ДНК. В числе прочего Паабо и коллеги заключили, что представители вида H. sapiens и неандертальцы скрещивались между собой и у них были общие дети. По оценкам исследователей, в геноме современных жителей Земли (за исключением обитателей Африканского континента) содержится от 1 до 4 процентов неандертальских генов. Позже выяснилось, что наши предки заводили романы и с другими видами рода Homo. Подробнее об этом можно прочитать здесь.

Вернемся к кости из Денисовой пещеры. Получив от российских коллег крошечный фрагмент мизинца предположительно неандертальца, Паабо и его сотрудники при помощи своей методики смогли выделить из него митохондриальную ДНК и провести ее анализ. К большому удивлению ученых, которые рассчитывали получить последовательность ДНК еще одного H. neanderthalensis, геном митохондрий обитателя сибирской пещеры не был похож на геном, выделенный из митохондрий неандертальцев. Сравнив полученную последовательность с последовательностями современных и древних людей, а также с ДНК бонобо и шимпанзе, ученые заключили, что денисовец, как они прозвали "владельца" кости, генетически отстоял от человека разумного даже дальше, чем неандерталец.

В своей новой работе, которая 23 декабря была опубликована в журнале Nature, Паабо и соавторы представили анализ ядерной ДНК денисовца. Оказалось, что дезоксирибонуклеиновые кислоты загадочного представителя рода Homo прекрасно сохранились в образце из алтайской пещеры - обычно ДНК изучаемых видов составляет не более 5 процентов от общего количества ДНК в образце (остальное приходится на ДНК микроорганизмов), а в данном случае этот показатель составил 70 процентов. В итоге исследователи довольно быстро расшифровали полный геном денисовца, хотя и не с очень высокой надежностью - в среднем, каждая "буква" генома была прочитана два раза. Можно предположить, что в обозримом будущем Паабо опубликует еще одну статью с уточненным вариантом последовательности.

Дополнительно выводы ученых подтверждают результаты исследования зуба, также найденного в пещере. Анализ выделенной из него митохондриальной ДНК показал, что зуб принадлежит другому денисовцу, но не неандертальцу. Внешний вид этого зуба отличается как от зубов H. neanderthalensis, так и от зубов H. sapiens - зуб из Денисовой пещеры заметно более примитивен. Авторы полагают, что денисовцы могли получить примитивные черты в наследство от своего общего предка с человеком разумным и неандертальцем и, в отличие от двух своих родственников, сохранить их. Кроме того, Паабо и коллеги не исключают, что зубы были "подарены" денисовцам еще каким-то, пока неизвестным ученым, видом людей.

Все мы немножко лошади

Анализ полученных генетических данных подтвердил: человек из Денисовой пещеры относится к неизвестному ученым виду людей. Сравнив ДНК денисовца (а точнее, денисовки - как выяснилось, осколок кости принадлежал девочке) с ДНК неандертальца и ДНК различных популяций H. sapiens, как вымерших, так и ныне живущих, ученые смогли оценить количество отличий в геномных последовательностях и приблизительно восстановить эволюционную историю денисовцев.

Паабо и коллеги заключили, что эволюционная ветвь предков девочки из Денисовой пещеры отделилась от ветви, ведущей к неандертальцам, около 640 тысяч лет назад. Около 50-60 тысяч лет назад денисовцы встретились с представителями вида H. sapiens, которые только-только вышли из Африки и еще не успели добраться до Европы, и в результате возникших контактов передали нашим предкам часть своих генов. Второй раз человек разумный пересекся с денисовцами около 45 тысяч лет назад - в межвидовой контакт вступили H. sapiens, направлявшиеся в Меланезию и Папуа Новую Гвинею. Анализ ДНК нескольких коренных меланезийцев показал, что в их геноме содержится от 4 до 6 процентов "денисовских" генов.

Полученные Паабо и коллегами данные заставляют ученых пересмотреть свои представления о миграциях людей. Присутствие генов денисовцев и неандертальцев в популяциях людей, населяющих разные регионы планеты, свидетельствует, что после выхода из Африки (а не исключено, что и до) разные виды людей скрещивались друг с другом и совершали длительные путешествия. Число останков, которые находят палеонтологи, весьма ограничено, поэтому по ним не всегда возможно воссоздать древние маршруты. Однако ДНК наших вымерших родственников сохраняет свидетельства их перемещений, и по мере того, как исследователи будут расшифровывать новые геномы древних людей, мы, возможно, узнаем о них (и о себе) много интересного.