Текст книги "Кто мы и как сюда попали. Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом"

Второе препятствие, не позволяющее встать на сторону генетического переключателя, выявляется, когда мы пытаемся по методу Ли и Дурбина отыскать в последовательности ДНК такие участки, которые имеют общую для всех предковую форму в интервале непосредственно перед верхним палеолитом или поздним каменным веком. Казалось бы, лучший кандидат на эту роль – ген FOXP2, как мы поняли из предыдущих исследований. Однако мы выяснили, что ранний предковый вариант этого гена, общий для всех ныне живущих людей, существовал более миллиона лет назад²⁹.

И то же самое со всеми остальными генами – нам не удалось выявить такого участка последовательности (без учета митохондриальной ДНК и Y-хромосомы), для которого предковый для всех сегодняшних людей вариант существовал бы позже 320 тысяч лет назад. А это время – много раньше, чем требуется по гипотезе Клейна. Если бы Клейн был прав, то нашлись бы места в геноме, для которых общая предковая форма разделилась на ветви в интервале последней сотни тысяч лет. Но по-видимому, таких мест в нашем геноме просто нет.

Наши результаты не вычеркивают полностью гипотезу о точечном ключевом изменении. В геноме имеется небольшая часть с хитрыми фрагментами, которые трудно изучать, и мы их исключили из анализа. Но если бы то самое ключевое изменение существовало, оно бы уже проявилось из любого секретного места. Временной масштаб генетических инноваций человека и популяционной дифференциации гораздо больше, чем можно было предполагать по митохондриальной ДНК и другим, дореволюционным, генетическим данным. Если мы собираемся искать в геноме подсказки для разгадки специфики человеческой природы, то вряд ли дело ограничится одной-двумя прямыми мутациями.

Полногеномный подход, ставший возможным после технологической революции 2000-х, очень быстро привел к пониманию, что нужно расставаться также и с клейновским упрощенным представлением об эволюции человека, – это не просто отбор, работающий с несколькими генами. После опубликования баз данных по полным геномам многие генетики (и я вместе с ними) начали разрабатывать методы поиска мутаций, находящихся под действием отбора³⁰. Сначала мы искали то, что попроще, – примеры отдельных мутаций, на которые естественный отбор действовал очень мощно. Такие варианты нашлись: например, мутации, позволившие переваривать коровье молоко во взрослом возрасте, или вызвавшие потемнение либо посветление кожи для адаптации к местному климату, или обеспечивающие устойчивость к малярийным паразитам. И мы, взявшись всем миром, вполне успешно справились с задачей, выявив подобные мутации. Такие мутации, едва появившись, быстро увеличили свою частоту, потому на большой выборке людей удается найти общего недавнего предка с данной мутацией, тогда как у другой части популяций, во всем остальном сходной, этой мутации нет. Подобные события оставляют глубокие метины в картине геномной изменчивости, и их без особого труда можно обнаружить.

Молли Пржеворски и ее коллеги несколько умерили восторг от раскопок этой золотой жилы. Их работа сосредоточилась на вопросе, какие опознавательные знаки может оставить в геноме естественный отбор. И в 2006 году они продемонстрировали, что метод сканирования геномов ныне живущих людей пропускает почти все такие знаки, просто из-за того, что для их обнаружения не хватает статистической мощности данных, и что при сканировании геномов одни типы отбора видны лучше, чем другие³¹. Затем в 2011 году под руководством Пржеворски было выполнено исследование, показавшее, что, по-видимому, лишь небольшая часть эволюции человека включала сильный естественный отбор новых полезных мутаций, прежде не имевшихся в человеческой популяции³². Поэтому те красивые примеры, которые легко удалось найти, такие как способность переваривать коровье молоко во взрослом возрасте, – это исключения³³.

Если отбросить идею об отборе, мощно действовавшем на единичные мутационные изменения и в результате быстро увеличившем их частоту, то какова была доминанта отбора в человеческой популяции? Для ответа на этот вопрос важный ориентир дало изучение человеческого роста. Генетики, занятые в медицине, в 2010 году собрали данные по геномам 180 тысяч человек с измеренным ростом. Они выделили 180 независимых генетических характеристик (вариантов), присущих, как правило, невысоким людям. А это означало, что данные генетические варианты или те, что находятся близко от них в последовательности ДНК, играют первостепенную роль в итоговом снижении роста. В 2012 году исследование было продолжено: в отличие от Северной Европы, в популяции Южной Европы в этих 180 позициях чаще были именно те варианты, что соответствуют невысокому росту, и различия оказались столь очевидны, что объяснить их мог только естественный отбор – после расхождения южных и северных европейцев он либо уменьшил рост на юге, либо увеличил рост на севере³⁴. А еще больше об этой истории мы узнали в 2015 году из исследования Иэна Мэтьесона и его коллег, работавших в моей лаборатории с древней ДНК. Мы построили последовательности ДНК 230 древних европейцев на основе образцов их костей и зубов. Анализ этих последовательностей вполне допускал действие естественного отбора на мутации, уменьшавшие рост фермеров, освоивших Южную Европу 8 тысяч лет назад, либо увеличивавшие рост предков североевропейцев, населявших степи Восточной Европы более пяти тысяч лет назад³⁵. Если в Южной Европе малорослые люди обладали какими-то преимуществами перед высокими или, напротив, в Северной Европе высокорослые – перед невеличками, то это неизбежно увеличивало число их потомков, а следовательно, частота мутаций неуклонно и однонаправленно менялась, пока в среднем не устанавливались новые значения роста.

А пока разбирались с ростом, велся поиск и других примеров действия естественного отбора на сложные признаки у человека. В 2016 году было опубликовано исследование нескольких тысяч геномов ныне живущих британцев, где доказывалось действие отбора на такие признаки, как высокий рост, светлые волосы, голубые глаза, крупная голова у младенцев, широкие бедра у женщин, более поздний ростовой скачок у юношей и более позднее наступление половой зрелости у женщин³⁶.

Эти примеры показывают, как можно очень действенно использовать полногеномные данные, позволяющие рассматривать одновременно тысячи независимых нуклеотидных позиций, в обход так называемого предела Пржеворски (той границы, которую определила Молли Пржеворски): нужно принять в расчет то обстоятельство, что один и тот же биологический результат достигается за счет срабатывания большого числа разных генетических вариантов на многих позициях на ДНК. Такую информацию мы можем получить, используя прием “полногеномного поиска ассоциаций”. В рамках подобных исследований после 2005 года удалось собрать данные – и генетические, и по ряду морфологических и физиологических признаков – одного миллиона людей. В этом массиве данных определились более 10 тысяч отдельных мутаций, ассоциированных (то есть имеющих повышенную частоту) с теми или иными признаками, в частности с ростом³⁷ . Насколько ценны подобные исследования для понимания человеческого здоровья и заболеваний, пока непонятно, потому что, как правило, эффекты конкретных мутаций, выявляемых по таким ассоциациям, совсем невелики и малополезны для предсказания, кто заболеет, а кто нет³⁸. Но при этом часто упускается из вида вот что: поиск полногеномных ассоциаций является мощным средством для изучения эволюционных изменений человека. Мы можем проверить, в каком направлении сдвигаются частоты мутаций, ассоциированных с тем или иным биологическим признаком: если в одном и том же, то это и будет свидетельство действия отбора на данный признак.

По мере разворачивания исследований по поиску полногеномных ассоциаций стали накапливаться данные о вариабельности когнитивных и поведенческих признаков³⁹; эти работы, подобно изучению роста, открыли возможность посмотреть, насколько сдвиг к современному поведению обусловлен действием естественного отбора. Для нас это новая надежда проникнуть в генетическую тайну современного человеческого поведения, так волновавшую Клейна, – тайну резкого изменения человеческого поведения, о которой нам говорит археологическая летопись верхнего палеолита и позднего каменного века.

Но даже если выяснится, что новые когнитивные способности человека установились в результате комбинированного действия естественного отбора на множественные мутации, то все равно сценарий будет сильно отличаться от клейновского генетического переключателя. Генетические изменения никак не были творческой силой, вдруг развернувшей современное поведение; эти изменения происходили в ответ на воздействия извне. Не следует думать, что раз не случилось необходимых мутаций, то человек и не мог выработать новых, не существовавших ранее, биологических способностей. Генетический рецепт изготовления нового, верхнепалеолитического, поведения другой, и он не столь уж загадочен. Нужные для него мутации уже имелись, их было множество, под давлением меняющихся природных обстоятельств и развития понятийного языка естественный отбор способствовал увеличению их частоты в популяции. А это, в свою очередь, меняло жизненный уклад и восприятие различных инноваций, и так в самоускоряющемся режиме. И если это верно и современный человек с его поведением сформировался в результате увеличения частот мутаций, обеспечивших биологическую и поведенческую адаптацию при переходе к новым условиям верхнего палеолита и позднего каменного века, то все равно, опираясь на все наши знания о природе естественного отбора в популяциях людей и о генетическом кодировании многих биологических признаков, трудно говорить о появлении мутаций, запустивших последующие великие изменения. Двигаясь в направлении поиска нескольких ключевых мутаций, появившихся незадолго до перехода к верхнему палеолиту и позднему каменному веку, мы вряд ли сможем удовлетворительно объяснить, кто же мы такие.

Кто же мы такие? Геномные ключи к ответу

Первыми, кто нацелился на изучение человеческой эволюции со всем мощным арсеналом геномных методов, были молекулярные биологи. Тут, вероятно, сыграло роль их профессиональное “подсознание”, равно как и их прошлые успехи с редукционистским подходом к разгадыванию великих тайн жизни, таких как генетический код. Ими двигала надежда с помощью генетики увидеть биологическую природу отличия человека от животных. Их восторженные чаяния разделяли и археологи, и публика. Конечно, такая исследовательская программа сама по себе очень важна, но она только-только начинается, ведь ответ о природе различий не может быть простым.

В действительности геномная революция дала сверхуспешный результат в другой области: не в объяснении сущности человеческой природы, а в понимании человеческих миграций. За последние несколько лет в вихре геномной революции, которому древняя ДНК придала гиперускорение, были открыты такие взаимосвязи между человеческими популяциями, каких прежде никто и представить не мог. Нам явилась история, совсем не похожая на затверженное в школе, на то, что было принято в нашем культурном обиходе. Нас на каждом шагу ждали сюрпризы: массовое перемешивание разошедшихся популяций, полное вытеснение популяций и экспансии, разделение древних популяций на группы, но совсем не на те, которые мы видим сегодня. Это история о том, как формировалось наше человеческое племя, какими оно двигалось бесчисленными и невообразимыми историческими маршрутами.

Глава 2
Встреча с неандертальцами

Встречи неандертальцев и сапиенсов

Сейчас существует одна только группа людей – современный человек, и мы принадлежим именно к ней. Она на планете единственная. Мы победили или истребили остальные группы людей, это произошло по большей части в период около и после 50 тысяч лет назад, когда современный человек выдвинулся в Евразию; в это же время в Африке, по всей вероятности, тоже происходили крупные перемещения человеческих племен. Нашими ближайшими родичами на сегодняшний день являются человекообразные обезьяны: шимпанзе, бонобо, гориллы. Никто из них не может делать сложные орудия и использовать понятийный язык. А 40 тысяч лет назад мир населяло множество групп архаичных людей, отличных от нас физически, но при этом прямоходящих и обладающих многими нашими способностями. И вот вопрос – на него археология не может ответить, а ДНК как раз может: как эти архаические группы связаны с людьми?

Ни для одной из тех ранних групп этот вопрос не стоит столь остро, как для неандертальцев. 400 тысяч лет назад территорию Европы населяли эти крупные люди, мозг у них был в среднем немного больше, чем у современных. Первый экземпляр неандертальца, благодаря которому они и получили свое наименование, был найден в 1856 году шахтерами в известняковом карьере в долине реки Неандер (на немецком долина звучит как “таль”). Долгое время шли споры, что это за останки – уродливого человека, предка людей или совсем другой, отличной от нашей, человеческой линии. Неандертальцы стали первыми архаичными людьми, которых признали специалисты. В книге “Происхождение человека” 1871 года Чарльз Дарвин утверждал, что человек подобен другим животным в том смысле, что является продуктом эволюции¹. И хотя сам Дарвин не оценил важность находки неандертальских останков, но в конечном итоге в неандертальцах стали видеть более близких родственников современного человека по сравнению с нынешними человекообразными обезьянами; в этом заключалось одно из доказательств дарвиновской теории: ведь в прошлом такие популяции должны были существовать.

За последующие 150 лет обнаружили множество других скелетов неандертальцев. Стало понятно, что неандертальцы сформировались в Европе на базе еще более архаичных людей. В обиходной культуре они заслужили репутацию грубых животных, несравнимых с человеком, хотя в действительности это далеко не так. Обиходно-упрощенное представление о неандертальцах сложилось во многом под впечатлением сгорбленной реконструкции, сделанной в 1911 году по неандертальскому скелету из Ла-Шапель-о-Сен во Франции. Но из того, что нам сейчас известно, следует, что неандертальцы, существовавшие 100 тысяч лет назад, имели столь же сложное поведение, как и наши предки, анатомически современные люди.

И неандертальцы, и анатомически современные люди изготавливали каменные орудия с помощью техник, получивших название “индустрия леваллуа”; она требовала развитых когнитивных способностей и праворукости в той же степени, как и технологии производства орудий верхнего палеолита и позднего каменного века 50 тысяч лет назад. Технологии леваллуа представляли собой вот что: от заранее подготовленного каменного ядрища, не имеющего ничего общего с готовым изделием, нужно было аккуратно откалывать тонкие кусочки; очевидно, что мастер должен был держать в уме образ законченного орудия и последовательно шаг за шагом превращать камень в намеченное изделие.

В пользу развитых когнитивных способностей неандертальцев свидетельствует также и то, что они заботились о немощных и стариках. В пещере Шанидар в Ираке нашли девять скелетов неандертальцев, все с явными следами намеренного захоронения; один из девяти погребенных – старик, наполовину слепой, с высохшей рукой, и для него единственным способом дожить до преклонных лет была добрая помощь и забота друзей и семьи². Неандертальцы отдавали должное и символизму, о чем говорят находки украшений, сделанных из когтей орла (это пещера Крапина в Хорватии, с датировками 130 тысяч лет назад³), а также выложенные каменные круги (в пещере Брюникель во Франции, возраст около 180 тысяч лет⁴).

Но, несмотря на эти сходные черты, неандертальцы и современные люди все же очень различались. В одной статье 1950-х годов как-то написали, что на неандертальца в нью-йоркском метро не обратили бы никакого внимания, будь он отмыт как следует и одет по-современному⁵. Но на самом деле обратили бы, потому что он сильно выделялся бы выступающими надбровными дугами и впечатляющим мускулистым телом. Неандертальцы отличаются от современных людей гораздо больше, чем любые два нынешних человека друг от друга.

Идея о возможных столкновениях неандертальцев и современных людей очень вдохновляла писателей. Так, в книге Уильяма Голдинга “Наследники” (1955) группу неандертальцев преследуют современные люди и убивают всех, кроме одного ребенка, которого забирают себе⁶. Джин Ауэл в 1980 году написала книгу “Клан пещерного медведя”. В ней рассказывается о девочке-кроманьонке, воспитанной неандертальцами; вся интрига в том, как может быть устроено взаимодействие двух высокоразвитых, но совершенно чуждых друг другу групп людей⁷.

Рис. 6. Немногим позже 400 тысяч лет назад неандертальцы доминировали в Западной Евразии и постепенно двигались на восток до самого Алтая. Не позднее 120 тысяч лет назад они пережили пришествие людей современного типа. Затем, чуть менее 60 тысяч лет назад, современные люди вновь хлынули из Африки в Евразию. И вскоре неандертальцы исчезли с лица земли.

Современные люди и неандертальцы встречались – тому существуют надежные научные доказательства. Среди прямых свидетельств можно назвать данные по Западной Европе, где неандертальцы жили до 39 тысяч лет назад⁸. Современные люди появились там по меньшей мере на несколько тысячелетий раньше; в частности, на территории Южной Италии, в районе Фумане, каменные орудия неандертальского типа сменились на типичные для современных людей около 44 тысяч лет назад. А в Юго-Западной Европе характерные для современного человека орудия так называемого шательперронского типа найдены вместе с останками неандертальцев, возраст которых определен интервалом 44–39 тысяч лет. Это означает, что неандертальцы либо переняли технологии современных людей, либо обменивались с ними. Правда, не все археологи согласны с такой интерпретацией, и вопрос, кто мастерил шательперронские орудия – неандертальцы или современные люди, – остается предметом текущих дискуссий⁹.

Неандертальцы и современные люди встречались не только на территории Европы, но определенно и на Ближнем Востоке. Около 70 тысяч лет назад сильная и успешная группа неандертальцев продвинулась из Европы в Центральную Азию, дойдя до Алтая и Дальнего Востока. Ближний Восток был населен современными людьми уже 130–100 тысяч лет назад, что следует из датировок останков в пещере Схул на горе Кармель в Израиле и в пещере Кафзех в Галилее¹⁰. Позже в этот район пришли неандертальцы: в пещере Кебара на горе Кармель найден скелет неандертальца возрастом 60–48 тысяч лет¹¹. Вопреки ожиданиям, что современные люди всегда и всюду должны вытеснять неандертальцев, здесь получилось по-другому – неандертальцы выдвинулись со своих родных территорий (европейских), да так мощно, что современным людям пришлось уйти с Ближнего Востока. Но где-то 60 тысяч лет назад современные люди все же вернулись и заняли там доминирующие позиции. Теперь уже проиграли неандертальцы: они исчезли не только в этом районе, но в итоге и во всей Евразии. Так что на Ближнем Востоке неандертальцы и современные люди могли встретиться по крайней мере дважды: когда 100 тысяч лет назад там оседло жили ранние современные люди и до них добралась разрастающаяся популяция неандертальцев, и 60–50 тысяч лет назад, когда современные люди туда вернулись и вытеснили неандертальцев.

Скрещивались люди из этих двух групп или нет? Были неандертальцы среди непосредственных предков современных людей или не были? По скелетным остаткам видны некоторые признаки гибридизации. Например, такие скелеты, промежуточные между современными людьми и неандертальцами, найдены в пещере Оасе в Румынии, их описал Эрик Тринкаус¹². Но сходство признаков может порой говорить о приспособлении к сходной среде, а не о родстве. Поэтому по археологической и скелетной летописи нельзя определить близость неандертальцев к нам. Тут нужны геномы.

Неандертальская ДНК

В ранних исследованиях древней ДНК ученых интересовала практически исключительно митохондриальная ДНК. И тому было две причины. Во-первых, в каждой клетке имеется около тысячи копий мтДНК, что по сравнению с двумя копиями остального генома сильно увеличивает вероятность ее обнаружить. Во-вторых, высокая плотность информации в мтДНК: какой бы фрагмент мтДНК ни взять, в нем будет относительно больше различий, чем в подавляющем большинстве фрагментов остального генома, а значит, по нему можно получить более точные измерения времени генетического разделения последовательностей, которые удавалось реконструировать. Сравнение мтДНК неандертальцев и современных людей подтверждало, что они имели более позднего общего предка по материнской линии, чем считалось до того¹³. На сегодня датировки оценены интервалом 470–360 тысяч лет назад¹⁴. Также эти данные свидетельствуют о глубоких различиях между нами и неандертальцами. Неандертальская мтДНК по своей изменчивости выходит за пределы изменчивости мтДНК сегодняшних людей, и наша с ними общая прародительница в несколько раз древнее, чем “митохондриальная Ева”¹⁵.

Неандертальская мтДНК никак не подтверждает гипотезу о скрещивании современных людей и неандертальцев при их гипотетических встречах, но при этом не исключает такой возможности, оставляя вероятность, что в геноме неафриканского нынешнего населения присутствует до 25 % неандертальской ДНК¹⁶.

Можно понять, почему нам так сложно утверждать что-то о неандертальском наследии в нашем геноме на основании только мтДНК. Предположим, что скрещивание было и у неафриканского населения имеется заметная часть неандертальской ДНК, но мтДНК могла попасть к нам лишь от женщин-носительниц, при этом из всех матерей лишь немногие, жившие в те далекие времена, имели шанс донести до нас свою ДНК. А если добавить, что из тех счастливых матерей большая часть принадлежала к сапиенсам, то картина нашей сегодняшней мтДНК никого удивить не должна. Так что мтДНК на этот счет не слишком показательна. Однако долгое время в научных кругах принято было считать, что современные люди и неандертальцы не скрещивались… пока группа Сванте Пэабо не прочитала полный геном неандертальца и тем самым не открыла возможность увидеть историю всех предков, а не только по “женской” линии.

Мощный рывок в секвенировании неандертальского генома стал возможен благодаря гигантскому скачку в технологиях изучения палео-ДНК, произошедшему спустя десятилетие после прочтения митохондриального генома неандертальца.

До 2010 года основной упор в работах по древней ДНК делался на ПЦР, полимеразную цепную реакцию. Она предполагает выбор целевого фрагмента генома, когда с помощью синтезированных коротких, примерно двадцатибуквенных, кусочков ДНК, комплементарных к обоим концам целевого фрагмента, его можно выделить из общей массы экстрагированной ДНК. А затем много раз размножить с помощью определенных ферментов. Иными словами, из всего генома нужно выделить крошечную часть и сделать ее самой массовой последовательностью в образце. Этот метод отбрасывает большую часть генома (нецелевую часть), хотя и вычленяет интересующий участок.

Новый подход был кардинально другим. Он предполагал секвенирование всей ДНК, какая найдется в образце, вне зависимости от того, из какой она части генома, и без всякого предварительного целевого выбора. Это стало возможно благодаря зверской мощности новых машин, которые с 2006 по 2010 год снизили стоимость секвенирования в тысячу раз. Далее данные такого безвыборочного секвенирования анализируются с помощью компьютерных программ, и прочитанные кусочки складываются в практически целый геном, или же в зависимости от задачи можно сложить конкретные гены.

Команде Пэабо пришлось преодолеть великое множество трудностей при разработке этого подхода. Для начала необходимо было найти кости, из которых ДНК экстрагировалась бы в нужном количестве. Антропологи часто работают с фоссилиями (окаменелостями) – костями, минерализованными до состояния камня. Но из таких окаменелостей никакая ДНК не выделяется. Поэтому Пэабо искал материал, не до конца минерализованный, где оставалось немного органики, включая и хорошо сохранившиеся цепочки ДНК. Положим, такой “золотой образец” найден, но в нем помимо сохранившейся собственной ДНК будет еще и ДНК микробов и грибов, поселившихся в костях после смерти индивида, так что следующий шаг – как-то обойти проблему микробных загрязнений. А ведь эти загрязнения и составляют подавляющую часть ДНК в древних образцах. И наконец, необходимо учитывать и загрязнения, пришедшие от самих исследователей – археологов или молекулярных биологов, державших в руках образцы и реактивы и оставивших в них следы собственных ДНК.

Вообще загрязнения – серьезная проблема при изучении древней человеческой ДНК. Эти загрязнения могут запутать исследователя, ведь кость-то человеческая, а тот, кто подержал в руках окаменелую кость, является пусть и очень дальним, но все же родственником тому древнему человеку. Как правило, из хорошо сохранившейся неандертальской кости выделяются фрагменты длиной около сорока букв, а плотность различий между человеческой и неандертальской ДНК составляет примерно одно различие на шестьсот букв, так что порой невозможно сказать, кому принадлежит конкретный сорокабуквенный кусочек – древнему человеку или тому, кто подержал кость в руках. И загрязнения снова и снова сбивают исследователей с толку. Так, в 2006 году Пэабо со своей группой в качестве подготовки в полногеномному секвенированию неандертальца отсеквенировал на пробу около миллиона букв ДНК из его генома¹⁷. И большая часть полученной последовательности оказалась современным загрязнением, что поставило под сомнение дальнейшую интерпретацию результатов¹⁸.

Сейчас применяются различные методы снижения риска загрязнений при исследовании древней ДНК, они уже были в ходу и в 2006 году, но после этого значительно усовершенствовались, вобрав набор крайних мер гигиенической предосторожности. К 2010 году команда Пэабо успешно отсеквенировала неандертальский геном без загрязнений, и для этого с каждым образцом они работали в “чистой комнате”, устроенной по образу чистых помещений в производстве микрочипов в компьютерной индустрии. В таком помещении на потолке ультрафиолетовая (УФ) лампа наподобие тех, что имеются в операционных, которая включается, как только оттуда выходит исследователь; ультрафиолет превращает ДНК в форму, которую невозможно отсеквенировать. Естественно, при этом разрушается и древняя ДНК, находящаяся на поверхности образца, но ученые высверливают образцы, беря пробы из-под поверхности, а там ДНК не разрушена. Воздух в помещении очищен ультрафильтрацией, убирающей мельчайшие частички пыли – меньше одной тысячной толщины волоса, – ведь и на пыли может быть ДНК. А чтобы защитить помещение от проникновения ДНК извне, воздух принудительно гонится наружу из помещения, а не наоборот.

В таком помещении три комнаты. В первой исследователь облачается в специальный чистый костюм, перчатки и маску. Во второй образец кости, предназначенный для взятия пробы, отправляется в камеру с высоким УФ-излучением, чтобы преобразовать поверхностные ДНК-загрязнения в нечитаемую форму. Затем исследователь с помощью зубного бура высверливает из костного образца от десятков до сотен миллиграммов материала, собирая его в алюминиевую фольгу, предварительно обработанную УФ, и ссыпает оттуда в пробирку, естественно тоже обработанную УФ. В третьей камере порошок погружается в жидкость с веществами, растворяющими кости и белки, а потом этот раствор пропускается через чистый песок (оксид кремния); при правильных условиях оксид кремния связывает молекулы ДНК, а остальные вещества, мешающие реакциям секвенирования, удаляются.

После этого полученные фрагменты ДНК преобразуют для секвенирования. Для этого сначала удаляют поврежденные концы фрагментов: за десятки тысяч лет “хранения” под землей цепочки с концов сильно разрушаются. Потом в качестве меры для распознания загрязнений к уже очищенным концам прицепляют специально синтезированные последовательности букв, своего рода химический штрихкод древних фрагментов – этот метод был опробован в 2006 году группой Пэабо. Любое загрязнение, появившееся в образце после присоединения такого штрихкода, можно будет отличить от древних фрагментов. И наконец, к одному из концов ДНК присоединяют молекулы-адаптеры, и они позволяют запустить секвенирование на тех самых новых машинах, что сделали этот процесс в десятки тысяч раз дешевле.

Лучше всего ДНК сохранилась, как выяснилось, в трех неандертальских образцах из пещеры Виндия в высокогорной Хорватии – это остатки костей рук и ног, датированных примерно 40 тысячами лет. Отсеквенировав экстракты ДНК из них, группа Пэабо выяснила, что подавляющая часть этой ДНК принадлежит поселившимся в костях бактериям и грибам. Однако после сравнения миллионов фрагментов с геномами шимпанзе и человека Пэабо в тоннах пустой “молекулярной” породы удалось найти золото. Референсные геномы человека и шимпанзе послужили своего рода картинкой на коробке с пазлом, подсказкой, как собирать крошечные отсеквенированные кусочки неандертальской ДНК в одну цепь. В итоге в тех костях оказалось около 4 % древней ДНК неандертальцев.

И когда в 2007 году Пэабо понял, что смог бы в принципе отсеквенировать полный геном неандертальца, он собрал международную команду специалистов, которая как раз и должна была работать с данными секвенирования. Вот так я и мой старший научный наставник, математик Ник Паттерсон, попали в этот проект. Пэабо пригласил нас, потому что в предыдущие пять лет мы зарекомендовали себя новаторами в области изучения популяционных перемешиваний. Я много раз ездил в Германию, немало сделал для обработки и анализа данных, доказавших скрещивание между неандертальцами и какими-то ранними современными людьми.

Как неандертальцы породнились с неафриканским населением

В том неандертальском геноме, который мы прочитали, содержалось, к сожалению, великое множество ошибок. Откуда мы это знали? Из того факта, что, судя по прочтенным данным, в неандертальской линии накопилось в несколько раз больше мутаций, чем в линии современных людей после их отделения от общего предка. А так как скорость накопления мутаций примерно постоянная и неандертальские кости имеют солидный возраст, то есть неандертальцы ближе к общему предку, чем нынешние люди, большинство выявленных неандертальских отличий не могут быть настоящими, на самом деле мутаций должно быть меньше. По полученным оценкам, в неандертальском геноме на каждые две сотни прочтенных ДНК-букв приходилась одна ошибка. Может показаться, что это не очень много, но такое количество ошибок существенно превышает действительную мутационную разницу между неандертальцами и современными людьми, и большая часть выявленных различий порождена методическими огрехами. Как поступить в этом случае? Решено было выбрать для анализа только те позиции в геноме, в которых у людей нынешних популяций имеются отличия. И тогда ошибка в 0,5 % (1 из 200 нуклеотидов) вполне допустима, она не влияет на интерпретацию результатов. С упором на такие позиции мы разработали математический тест, измеряющий степень отличия неандертальского генома от той или иной человеческой популяции – будут ли отличия одинаковыми или разными?