Последние годы, благодаря новым достижениям науки и техники, основательно изменили представление людей об их собственной эволюции. Новые технологии ученых доказали, что найденный недавно новый вид людей оказался предком меланезийцев.

В начале 2010 года группа палеонтологов объявила, что им удалось обнаружить новый вид человека, и вот недавно исследователи сообщили, что этот новый вид был одним из предков современных жителей Меланезии — они несут в своей ДНК до 6 процентов древних генов.

Всего несколько лет назад открытие нового вида людей было бы невозможно по причине того, что тогда ученые еще не умели 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 невозможно найти редкие и сильно порванные молекулы среди дезоксирибонуклеиновых кислот микробов и самих исследователей, здорово перевешивавших искомую ДНК по массе.

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). У палеонтологов появился шанс узнать о вымерших родственниках человека все подробности. 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.

Денисова пещера — один из самых известных археологических памятников эпохи среднего и верхнего палеолита на территории России. Палеолитические охотники периодически посещали пещеру на протяжении многих десятков тысячелетий и оставили в многометровой толще пещерных отложений множество следов своей деятельности.

Верхняя часть раскопа в Денисовой пещере. Внизу видны слои 9 и 10. Полосатая толща над ними — голоценовые отложения (последние 10–12 тыс. лет). В это время в пещере стали регулярно жечь костры.

Нижняя часть раскопа: от самых нижних слоев, относящихся к началу среднего палеолита, до верхнепалеолитических.

В самых нижних слоях присутствуют архаичные среднепалеолитические каменные орудия, в которых некоторые эксперты усматривают даже раннепалеолитические черты. Возраст этих слоев, судя по найденным здесь костям мелких млекопитающих и другим косвенным признакам, составляет не менее 125 тыс. лет. Термолюминисцентное датирование кристаллов кварца показывает значительно более древний возраст — от 171 до 282 тыс. лет, но этот метод в данном случае не очень надежен. К песчинкам, занесенным «с улицы», могли подмешаться упавшие с потолка пещеры (последние будут иметь заведомо более древний термолюминесцентный возраст).

Выше идут более или менее типичные среднепалеолитические слои с орудиями, которые обычно ассоциируются с неандертальцами. Еще выше появляются изделия верхнепалеолитического типа, в том числе костяные орудия, иглы и украшения, типичные для сапиенсов. В отличие от Европы, переход от среднего к верхнему палеолиту в Центральной Азии не выглядит внезапным. В нём просматривается определенная преемственность технологий. В нескольких «переходных» слоях Денисовой пещеры, так же как и на других палеолитических стоянках Алтая, присутствует странная смесь средне- и верхнепалеолитических изделий.

Раскопки в Денисовой пещере ведутся давно и на редкость тщательно. Работа эта чрезвычайно кропотливая и трудоемкая: кубометры грунта промываются и просеиваются буквально по песчинке в поисках артефактов и костей животных. Ни один мышиный зуб и ни один каменный обломок с признаками обработки не ускользнет от внимания археологов и палеонтологов. Несмотря на эти титанические усилия, человеческих костей в пещере так и не нашли, если не считать пары зубов (то ли неандертальских, то ли «наших» — мнения экспертов разделились) и обнаруженной в 2008 году фаланги мизинца. Видимо, древние обитатели пещеры не хоронили в ней своих сородичей и тем более не бросали их там, а куда-то переносили — попробуй найди их теперь.

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).

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.

Результаты анализа этого генома опубликованы 24 марта на сайте журнала Nature. Значительная часть статьи посвящена описанию методики выделения, секвенирования и сборки фрагментов ДНК, а также многочисленных тестов, предназначенных для проверки аутентичности выделенных фрагментов и правильности их «прочтения».

В целом митохондриальная ДНК в этой кости оказалась достаточно «чистой», а достоверность результатов секвенирования — весьма высокой. Каждый участок генома был реконструирован на основе большого количества (от 2 до 602, в среднем 156) независимо прочтенных фрагментов ДНК. Затем всю процедуру повторили на основе ДНК из другого фрагмента той же косточки и другой технологии секвенирования. Результат — полный митохондриальный геном — получился точно таким же. Целый ряд признаков, таких как средняя длина выделенных фрагментов и характерные изменения на их концах, свидетельствуют о древности изученной ДНК и об отсутствии позднейших загрязнений.

Митохондриальный геном древнего человека сравнили с 54 митохондриальными геномами современных людей со всех концов света, мт-геномом верхнепалеолитического Homo sapiens из Костёнок (возраст около 30 тыс. лет), шестью полными мт-геномами европейских неандертальцев и двумя неполными мт-геномами неандертальцев из грота Тешик-Таш в Узбекистане и пещеры Окладникова на Алтае. Пещера Окладникова, где были найдены неандертальские кости возрастом 30–38 тыс. лет, находится всего в сотне километров от Денисовой.

Оказалось, что человек из Денисовой пещеры по нуклеотидной последовательности митохондриального генома отстоит от современных людей в среднем вдвое дальше, чем неандертальцы (см. таблицу). Неандертальцы, со своей стороны, отличаются от человека из Денисовой так же сильно, как сапиенсы. Митохондриальные геномы современных людей в пределах исследованной выборки отличаются друг от друга не более чем на 106 нуклеотидов, в среднем — на 59,7. Различия между сапиенсами и неандертальцами — в среднем 201,6 нуклеотидов. От человека из Денисовой пещеры нас отделяет в среднем 384,9 нуклеотидных различий, от шимпанзе — 1461,5. Общий размер мт-генома у всех трех видов людей и у шимпанзе — 16 560–16 570 пар нуклеотидов (плюс–минус несколько).

Таблица: средние попарные нуклеотидные различия между мтДНК 54 современных людей, 6 неандертальцев, человека из Денисовой пещеры и шимпанзе. (Из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Nature)
Средние нуклеотидные различия Максимальные различия Минимальные различия
Между 54 современными людьми 59,7 106 1
Между современными людьми и 6 неандертальцами 201,6 220 185
Между современными людьми и человеком из Денисовой пещеры 384,9 396 372
Между современными людьми и шимпанзе 1461,5 1474 1448

При помощи сложных математических методов, которые к настоящему времени уже достигли высокой степени надежности, авторы оценили время расхождения эволюционных линий, одна из которых привела к человеку из Денисовой, а другая — к общему предку сапиенсов и неандертальцев. Получилось, что это разделение произошло около миллиона лет назад — вдвое раньше, чем разошлись пути сапиенсов и неандертальцев. Необходимо помнить, что речь здесь идет только о митохондриальных геномах, которые наследуются исключительно по материнской линии. Это значит, что примерно миллион лет назад (точнее, с 95-процентной вероятностью от 779 до 1314 тыс. лет назад) жила последняя общая прародительница человека из Денисовой, сапиенсов и неандертальцев по прямой женской линии. Последняя прародительница сапиенсов и неандертальцев, тоже по непрерывной женской линии, жила, согласно приведенным в статье расчетам, примерно 466 тыс. лет назад (с 95-процентной вероятностью 321–618 тыс. лет назад).

Филогенетическое дерево, основанное на митохондриальных геномах сапиенсов, неандертальцев и человека из Денисовой пещеры. На карте цифрами указаны точки, откуда происходит каждый геном (кроме американских). Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

Зная только митохондриальный геном человека из Денисовой и не имея ни ядерного генома, ни каких-либо данных о скелете (фаланга мизинца не в счет), невозможно сказать наверняка, что это был за человек и в каком родстве с сапиенсами и неандертальцами он на самом деле состоял. Ясно только, что материнская линия, к которой он принадлежал, не была ни сапиентной, ни неандерталоидной. Ядерные гены этого человека (а следовательно, и все его существенные морфологические признаки) могли соответствовать истории, которую рассказывает митохондриальный геном — и тогда это был, вероятно, какой-то поздний архантроп, похожий на гейдельбергского или родезийского человека или, может быть, на Homo antecessor.

Последний вид жил примерно в то время, когда разделились митохондриальные линии неандертальцев/сапиенсов и человека из Денисовой. Некоторые эксперты считают его общим предком сапиенсов, гейдельбержцев и их потомков — неандертальцев. Может быть, какие-то другие потомки H. antecessor или близких к нему форм мигрировали в Центральную Азию, и в Денисовой пещере остался мизинец позднего отпрыска этой линии. Авторы предполагают, что человек из Денисовой может происходить от какой-то особой волны переселенцев из Африки, более поздней, чем первый исход эректусов (около 1,9 млн лет назад), но более ранней, чем гипотетический выход из Африки предков неандертальцев.

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.

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.

Использованы материалы

lenta.ru

elementy.ru

Tags: , , ,

Эта статья была опубликована: Вторник, декабря 28, 2010 в 10:09 в категории Археология. Вы можете читать любые ответы через RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.

Ваш комментарий

Имя (*)
email (*)
вебсайт
Комментарий
Перед отправкой формы:
Human test by Not Captcha