Текст книги "Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов"

Постскриптум

С тех пор прошло три года, и вот я сижу и пишу эту книгу. Про судьбу остального кусочка денисовской фаланги, отданного в Беркли, так ничего и не известно. Не исключено, что он в какой-то момент объявится и можно будет провести датирование. Тогда мы узнаем, когда жила денисовская девочка.

Анатолий со своей командой продолжает раскопки в Денисовой пещере и находит там необыкновенные вещи. Им попался еще один коренной зубище с характерной денисовской ДНК. Еще они нашли косточку от большого пальца ноги, и эта кость принадлежала неандертальцу.

Дэвид Рейх со своим аспирантом Шрирамом Санкарараманом на основе генетических моделей определили время перемешивания неандертальцев и людей современного типа[70]70
  S. Sankararaman et al. The date of interbreeding between Neanderthals and modern humans. PLoS Genetics 8:1002947 (2012).


[Закрыть]. Получилось примерно 40–90 тысяч лет назад. Из этого следует, что подтвердился более простой сценарий смешивания, согласно которому неандертальцы скрещивались с выходцами из Африки, а не тот, который в качестве альтернативы был предложен в 2010 году – повторное соединение каких-то ранее размежевавшихся внутриафриканских групп.

Матиас Мейер, служивший у нас в лаборатории кем-то вроде технического волшебника, разработал новые высокочувствительные методы экстрагирования ДНК и подготовки библиотек. И в результате мы смогли даже из того крохотного кусочка денисовской косточки реконструировать геном с 30– кратным покрытием[71]71
  M. Meyer. A high coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Science 338, 222–226 (2012).


[Закрыть]. А недавно мы прочитали ДНК из кости пальца ноги из Денисовой пещеры и получили геном с 50– кратным покрытием. А это, между прочим, большая точность, чем у большинства прочитанных геномов современных людей.

Сравнивая неандертальский геном с ДНК денисовской девочки, мы отметили признаки присутствия ДНК более древних человеческих линий, разошедшихся с денисовцами и неандертальцами еще до их собственного разделения. Кроме того, мы показали, что денисовцы скрещивались с неандертальцами и что небольшая доля их генов все же присутствует у современного азиатского населения. В 2010 году, имея геном с небольшой глубиной покрытия, мы эту чуточку не обнаружили, а она тем не менее свидетельствует о давно ушедших в историю межпопуляционных скрещиваниях. Все вместе данные открывают картину множественных смешений между различными человеческими формами в позднем плейстоцене, но в малых пропорциях.

Тем временем проект 1000 Genomes набрал данные, так что появилась возможность составить практически полный каталог вариабельных позиций в геноме современных людей, по которым все современные люди отличаются от неандертальцев, денисовцев и обезьян. В этом каталоге зарегистрированы 31 389 однонуклеотидых замен (СНИПов), 125 вставок и выпадений участков из нескольких нуклеотидов. В их числе 96 модификаций, связанных с изменениями аминокислотных замен в белках, и около 3000 изменений в регуляторных генах, включающих и выключающих другие гены. Еще наверняка остались неучтенные модификации, спрятанные в нуклеотидных повторах, но все равно понятно, что генетический “рецепт” изготовления современного человека не слишком длинный. Следующим на очереди стоит большой вопрос: как нам разобраться с функциональными последствиями этих модификаций?

Джордж Черч, блестящий инженер-изобретатель из Гарварда, говорит, что ученым нужно взять этот каталог, модифицировать гены в человеческих клетках до предкового состояния, а затем воссоздать или клонировать неандертальца. Как раз когда мы закончили секвенирование неандертальского генома и представляли его на совещании AAAS в 2009 году, Джордж выступил на страницах New York Times с заявлением: “С современными технологиями неандертальца можно вернуть к жизни, для этого потребуется примерно 30 млн долларов”. И еще он сказал, что если кто-то возьмет на себя финансирование, то “я все могу сделать сам”. К его чести, он добавил, что тут обязательно возникнут этические проблемы, но в любом случае можно взять не человеческие клетки, а клетки шимпанзе.

Я, конечно, не подписываюсь под этим смелым заявлением, равно как и под другими, высказанными Джорджем, как я думаю, специально на публику. Тем не менее они обозначают некую возможность. Ведь как мы изучаем специфичные для человека особенности, например способность к языку или разум? Мы, естественно, не можем в силу технических и этических сложностей пойти по пути Джорджа. Но мы используем человеческие или обезьяньи клеточные линии, модифицируем их по образцу неандертальцев, выращивам в лаборатории в чашках Петри и исследуем; или вносим видоизменный генетический вариант мышам и потом изучаем их физиологию и поведение. Совершенно не обязательно клонировать неандертальцев. Наша лаборатория в Лейпциге уже начала работу в этом направлении. В 2002 году мы обнаружили, что белок, который синтезируется геном FOXP2, отличается от своего аналога у мышей, шимпанзе и других млекопитающих двумя аминокислотными заменами[72]72
  W. Enard, et al. Molecular evolution of FOXP2, a gene involved in speech and language. Nature 418, 869–872 (2002).


[Закрыть]. А сам ген FOXP2, как было показано раньше группой англичанина Тони Монако из Оксфорда, связан со способностью к речи. И вот, приняв во внимание, что у шимпанзе и мыши этот ген практически идентичен, мы решили вставить мышам человеческий ген. По этой теме несколько лет напряженно работал Вольфганг Энард, талантливый студент, впоследствии ставший у нас аспирантом, а затем и ведущим исследователем. И вот наконец он вывел мышей с человеческой версией FOXP2. Результаты далеко превзошли все ожидания. Двухнедельные мышата, когда их выносили из гнезда, пищали, и этот писк не сильно, но совершенно явственно отличался у мышат с человеческим вариантом гена; их братья и сестры с мышиным вариантом пищали по-другому. Из этого следовало, что ген FOXP2 действительно связан с голосовой коммуникацией. Эта работа дала толчок другим, в которых были разобраны последствия этих двух аминокислотных замен: они влияют на процесс образования нейронных контактов и обработку сигналов в частях мозга, связанных с моторным обучением[73]73
  W. Enard et al. A humanized version of Foxp2 affects cortico-basal ganglia circuits in mice. Cell 137, 961–971 (2009).


[Закрыть]. И мы вместе с Джорджем Черчем теперь пытаемся внедрить эти модификации в клеточные линии, которые дифференцируются в нейроны.

И хотя в случае с этими двумя нуклеотидными заменами неандертальцы и денисовцы не отличаются от людей[74]74
  J. Krause et al. The derived FOXP2 variant of modern humans was shared with Neanderthals. Current Biology 17, 1908–1912 (2007).


[Закрыть], но в принципе понятно, каким может быть направление будущих исследований человеческой природы. Легко представить, как в клеточные линии или в мышиные линии вносятся те или иные генетические модификации, которые “очеловечивают” или, наоборот, “неандертализуют” биохимические каскады, а дальше изучается эффект этих модификаций. Однажды мы поймем, чем толпа переселенцев отличалась от своих давнишних современников и почему из всех приматов только современный человек смог занять все мыслимые уголки планеты, изменив невольно или намеренно всю окружающую природу. Я убежден, что ответ – возможно, один самых великих в человеческой истории – отчасти спрятан в древних геномах, которые мы смогли прочитать.

Послесловие

Прошлое – это колодец глубины несказанной.

Томас Манн

Читатель, любопытный, терпеливый и вдумчивый, добравшийся до этих последних страниц и даже открывший их, вполне имеет право на небольшое продолжение.

2010 год, июль. Представьте лекторий Всемирного палеонтологического конгресса, полный зал, все ждут выступления Сванте Пэабо. Ученая публика, безусловно, знакома с его “неандертальскими” статьями, читала про ДНК мамонтов, обсуждала и так и эдак ДНК динозавров, насекомых и бактерий из янтарей… Но одно дело читать выглаженные по всем стандартам научные публикации, а другое – посмотреть на ученого, открывшего целый новый мир.

Сванте Пэабо вышел на сцену. Высокий, худой, в темном пиджаке, а под пиджаком видна футболка с синими китами. И начал рассказывать. Сначала сдержанно, про первые открытия мтДНК, затем про технические сложности и как их решали… По ходу доклада картинки презентации сменялись все быстрее, Сванте все больше воодушевлялся, ходил, даже бегал по сцене, размахивал длинными руками, и синие киты выскакивали из-под пиджака… Ясно было, что только такой человек, вдохновенный, совершенно свободный и в мыслях, и в поступках, может совершить столь колоссальный научный прорыв. Создать новую научную область. И не просто область, а такую, которая интересна все людям – ведь она про нас. Кто мы такие, откуда мы пришли, кто наши предки, те далекие, от которых уже не осталось фотографий, преданий, ржавых мечей и истлевших кожаных башмаков…

Эта книга написана в 2013 году, три года спустя после описанных в ней событий. Еще четыре года ушло на издание русского перевода. Для целой научной области это совсем немного, если представить ее долгий будущий путь. Но для новорожденной науки первые годы жизни исключительно важны – каждый день происходит нечто замечательное. В постскриптуме Пэабо кратко сообщил о нескольких важных статьях, вышедших уже после написания книги: о неандертальских соседях денисовцев, о возможных смешениях денисовцев с древними азиатскими популяциями, о миграциях потомков от этих смешанных браков в Австралию и Океанию; о гене FOXP2, связанном с речью, который у неандертальца не отличается от человеческого. Пэабо только чуть обозначил возможные задачи, которые в принципе подвластны палеогеномике. Теперь с отлаженными методиками и секвенированием нового поколения дело пошло, и даже помчалось, с космической скоростью, работы по палеогеномике публикуются одна за одной; утратив сенсационность, они стали научной повседневностью. Монти Слаткин в обзорной (!) статье 2015 года назвал прошедшее пятилетие “палеогеномной революцией” (7). Он указал около сотни статей, в которых опубликованы данные по реконструкциям ядерного генома ископаемых людей со всех континентов. Некоторые из самых важных открытий стоит упомянуть напоследок, потому что они показывают, как продолжается работа группы Пэабо и какой огромный научный потенциал имеет палеогеномика в целом.

Усть-Ишим, Западная Сибирь. На этой территории найден обломок кости, ее возраст 45 тысяч лет. Антропологи определили, что кость принадлежит какому-то представителю гоминид. По морфологии обломка трудно сделать какие-либо определенные выводы, а его возраст заставляет насторожиться. Судя по прежним антропологическим находкам, время заселения Сибири сапиенсами оценивалось в 25 тысяч лет. Значит ли это, что 45 тысяч лет назад по Сибири бродил какой-то другой вид людей? Кость отправили в лабораторию Сванте Пэабо. Ядерная ДНК, выделенная из этой кости, дала точный ответ: кость принадлежала сапиенсу (1). Следовательно, они заселили холодные сибирские степи не менее 45 тысяч лет назад; они вполне могли быть теми охотниками, которые оставили обнаруженные многочисленные следы стрел и копий на костях мамонта возрастом 44 тысячи лет (2).

В геноме древнего усть-ишимца обнаружено 2 процента неандертальских примесей (примерно как у современных обитателей Евразии), но нет следов скрещивания с денисовцами. Его геном имеет одинаковый уровень сходства как с европейскими охотниками-собирателями, так и с жителями Восточной Азии. Это значит, что популяция сапиенсов, обитавшая в Сибири 45 тысяч лет назад, сформировалась еще до того, как предки современных азиатов отделились от предков европейцев.

Важно и то, что находка позволила датировать период скрещиваний праевразийцев с неандертальцами, в результате которых у современных европейцев и азиатов теперь имеются те самые 2 процента неандертальских генов. Для этого достаточно было оценить среднюю длину кусочков неандертальской ДНК в геноме усть-ишимца. Действительно, нетрудно представить, что происходит с кусочками полученных генетических вставок: при половом размножении в результате рекомбинации хромосом каждый участок ДНК дробится. Поэтому чем больше рекомбинаций (читай – скрещиваний), тем мельче нарезаны первоначальные вставки. У усть-ишимца череда предков, передававших потомкам неандертальское наследство, была гораздо короче, чем у современных людей. Значит, кусочки неандертальских вставок должны быть длиннее. Так и оказалось – неандертальские вставки у усть-ишимца и вправду заметно длиннее. Зная время его существования (45 тысяч лет назад) и примерное число разделяющих нас поколений, ученые прикинули и время, когда мигранты, покинувшие Африку, скрещивались с неандертальцами. Расчеты дали оценку в 50–60 тысяч лет назад. Именно тогда толпа переселенцев, как их называет Сванте Пэабо, встретилась с неандертальцами на Ближнем Востоке. Оттуда одни популяции людей расселились на восток, в Азию, и дошли до Сибири, а другие отправились на запад, достигнув Пиренейского полуострова. И эта детальная картина древних миграций раскрылась благодаря молекулам ДНК из одного обломка кости.

Сванте Пэабо изначально поставил предел временного разрешения палеогеномики около сотни тысяч лет. За это время под действием химических процессов длинные молекулы ДНК распадаются до неузнаваемых фрагментов. Но вскоре стало понятно, что этот возраст можно отодвинуть и дальше. В лаборатории Сванте занялись костями из пещеры Сима-де-лос-Уэсос, которые датируют возрастом 400 тысяч лет (3). Это местонахождение на севере Испании давно известно палеонтологам, и название пещеры говорит само за себя – “яма костей”: там найдены кости трех десятков человек, которых относят к виду Homo heidelbergensis. Если бы удалось прочитать его геном, тогда можно было бы понять, кто такие эти загадочные гейдельбергские люди: прямые предки неандертальцев или имеют еще какую-то примесь?

Сама работа с ДНК стала возможной благодаря превосходным условиям “хранения” костей. Карстовая пещера расположена на глубине 30 метров под поверхностью земли и в 500 метрах от ближайшего выхода. Там всегда одна и та же температура (10,6 °C) и почти стопроцентная влажность. В целом это те самые условия, весь их комплекс, которые, по предположению Пэабо, должны замедлять разрушение молекул ДНК. Отметим, кстати, что за проблему сохранности древней ДНК взялись теперь весьма основательно. И если в лаборатории Сванте начались поиски особых “карманов” в костях, откуда можно извлечь больше древней ДНК, то сейчас местоположение таких надежных “карманов” уже известно. Например, лучше всего ДНК выделять из каменистой части височной кости, самой прочной из всех костей черепа; там ДНК сохраняется не только в идеальных условиях известняковых пещер, но даже в захоронениях жаркого и влажного климата (6).

С костями из Сима-де-лос-Уэсос было ясно, что если в них что-то и сохранилось, то в плачевно мизерном количестве. Так что специалисты сосредоточились сперва на митохондриальной ДНК, представленной в каждой клетке в сотне копий. Извлекли мтДНК из бедренной кости, причем для получения достаточного количества генетического материала пришлось израсходовать почти два грамма кости, тогда как обычно достаточно миллиграммов. Но главная трудность состояла, конечно, в сильной загрязненности образцов фрагментами ДНК современного человека. Как-никак кости были выкопаны еще в 1990– е годы, и люди все время работали с этими образцами. Чтобы отделить кусочки мтДНК древнего человека от современных человеческих и бактериальных загрязнений, ученые применили несколько хитроумных “фильтров” и использовали их в разных комбинациях. Во-первых, были отброшены участки ДНК длиной свыше 45 нуклеотидов: маловероятно, чтобы такие длинные фрагменты могли долго сохраняться. Во-вторых, авторы воспользовались тем обстоятельством, что однонитевые концы обрывков древней ДНК со временем накапливают характерные посмертные мутации: Ц заменяется на Т в результате спонтанной деаминации цитозина (вспомним главу о том, как научились работать с такими заменами). Большое количество замен Ц на Т является “сертификатом подлинности” древнего фрагмента ДНК: чтобы произошло много таких замен, требуется много времени. Каждый фрагмент ДНК сравнивали с подходящим фрагментом человеческого митохондриального генома, и если оказывалось, что на концах обрывка слишком мало цитозинов заменилось тиминами, такой обрывок не учитывался при реконструкции. Но если тиминов было много, то он шел в дело. В результате эти тщательно отобранные кусочки были сложены в длинные фрагменты мтДНК, составившие вместе около 98 процентов митохондриального генома. И это была ДНК человека, жившего 400 тысяч лет назад!

Эта мтДНК имела больше сходных элементов с ДНК денисовских людей, чем с сапиенсами и неандертальцами. Здравый смысл подсказывает, что люди из Сима-де-лос-Уэсос вряд ли были предками денисовцев, а сапиенсы и неандертальцы при этом эволюционировали отдельной ветвью. Все же люди из Лос-Уэсос имели скорее неандертальский облик; трудно вообразить, что неандертальские черты сформировались независимо в двух разных линиях. Скорее снова имело место межвидовое скрещивание. Ученые предположили, что архаичные варианты мтДНК попали к предкам неандертальцев и денисовцев в результате скрещивания их общих предков с местными, евразийскими, племенами Homo erectus. Известно, что судьба привнесенной мтДНК сильно различается в разных популяциях из-за генетического дрейфа. Она может быстро исчезнуть у одних, а у других, напротив, размножиться и закрепиться. Похоже, что у денисовцев архаичные варианты мтДНК сохранились. Сохранили их и гейдельбергские люди. А вот неандертальцы, равно как и сапиенсы, их утеряли.

В 2013–2014 годах предполагали, что за ядерной ДНК охотиться бесполезно: технически невозможно отделить ее от современных загрязнений. Но все же через два года удалось прочесть фрагменты ядерного генома людей из Сима-де-лос-Уэсос (4). Этим невероятным (действительно, в это трудно поверить!) проектом руководил Матиас Мейер. Кропотливый поиск иголок в сотне стогов сена дал результат – по количеству древних замен Ц на Т на концах подозрительных фрагментов и другим критериям аутентичности отдельные участки ядерной ДНК гейдельбергских людей были определены. Но на этот раз результаты оказались более ожидаемыми: близость с неандертальцами получилась выше, чем с денисовцами. Так было окончательно доказано, что гейдельбержцы из Сима-де-лос-Уэсос представляли линию, близкую к предкам неандертальцев. Эта популяция существовала после того, как разделились линии неандертальцев и денисовцев. Матиас Мейер считает, что она могла нести то, общее с денисовцами, митохондриальное наследие от эректусов. Но также он предполагает, что неандертальцам, возможно, досталась мтДНК более поздних переселенцев, с которыми они тоже могли скрещиваться и которые не оставили следа в нашей генетической истории.

Раз уж ученые читают геномы такой древности, то чтение палео-ДНК более поздних обитателей Европы и Азии стало почти рутиной. Если возникает вопрос, откуда взялись те или иные группы людей, сразу отвечают: нужно бы их ДНК посмотреть. Так, интересная картина получилась с геномами неандертальцев из Хорватии (пещера Виндия) и Алтая. В Денисовой пещере, как выяснилось, жили и денисовские люди, и неандертальцы. От последних группе Пэабо достался зуб и кусочек кости стопы. Оказалось, что европейские и алтайские неандертальцы имеют в своих геномах разные примеси. У алтайских неандертальцев выявилось повышенное сходство с африканским современным населением. Его нет у европейских неандертальцев. И у денисовцев его тоже нет. Откуда оно у алтайцев? Предполагается, что они получили эту примесь при встрече с мигрантами сапиентной волны, которая двинулась из Африки около 120–100 тысяч лет назад. Ведь не только сапиенсы унаследовали кое-какие гены от неандертальцев, но и неандертальцы получили сапиентные вставки. Так что предки алтайских неандертальцев, встретившись с сапиенсами где-то в Передней Азии и заполучив в свой геном сапиентные гены, выдвинулись в Азию. Европейские неандертальцы с этой волной переселенцев не встречались, поэтому они, в отличие от алтайцев, выявленной генетической подписи не имеют. Зато у денисовцев, как мы помним, имеется примесь от более древних людей, вышедших из Африки около миллиона лет назад и скрестившихся с предками гейдельбержцев. Вот и получается, что у соседей, обитавших в районе Денисовой пещеры, совершенно разная генетическая история. Одни дают нам возможность увидеть гибридизацию древнейшего времени, другие – ту, которая происходила существенно позже, 100 тысяч лет назад. Неандертальцы из хорватских пещер показывают позднейшую, около 50–60 тысяч лет назад, гибридизацию с внеафриканскими сапиенсами, а денисовцы – с сапиенсами, освоившими потом Австралию и Океанию.

Так прочтенные геномы древних людей помогли выявить сложную картину межвидовых скрещиваний. То, что в 2009 году виделось шокирующей экзотикой – скрещивание двух видов людей, – уже через пять лет стало обычным явлением. Что тут удивительного? Группы людей, пусть и неродственные, встретившись на одной территории, с высокой долей вероятности оставят потомство. Сейчас доказано по меньшей мере шесть эпизодов межвидовых скрещиваний в истории человеческих популяций (5). И это уже не сенсация, как было с неандертальским довеском в нашем геноме, а одно из наиболее вероятных допущений. Вот как изменился научный взгляд за прошедшие пять лет.

Палеогеномные данные помогают понять происхождение различных современных рас и народов. В этом смысле интересна работа, опубликованная в 2013 году в PNAS (8). Она помогла найти общих предков представителей монголоидной расы. Ученые анализировали ДНК людей из пещеры Тяньянь (район Чжоукоудянь). Их остатки датируются возрастом 40 тысяч лет, а морфология скелетов указывает на близость с ранними сапиенсами. Вместе с тем в их анатомии присутствуют и неандертальские черты. Так что в исследовании звучал конкретный вопрос о возможных примесях и сходстве древних азиатов с различными расами. Кто они – родичи европейцев, китайцев, индейцев, папуасов, австралийцев, африканцев? Из костных остатков удалось выделить митохондриальный геном, а также собрать целиком 21– ю хромосому. И по всем показателям древние азиаты, жившие в районе Чжоукоудянь, оказались сапиенсами, весьма далекими от неандертальской ветви. Ближе всего к таньянцам придвинулись китайцы и индейцы (для анализа ДНК взяли людей из южноамериканского племени каритиана), а дальше других отстоят французы и итальянцы. Следовательно, как заключили авторы, древний тяньянец принадлежал народу, уже отделившемуся от европейской линии и какое-то время существовавшему в изоляции от нее. Этот народ дал начало предкам всех монголоидов, разделившихся потом на азиатскую и индейскую группы.

Среди ископаемых популяций из Сибири даже удалось выявить такие, которые годятся на роль непосредственных предков индейцев Америки (9). Это популяции, существовавшие около 24 тысяч лет назад в Сибири. Речь идет о местонахождении Мальта в Иркутской области. ДНК этих людей ближе всего к индейцам, зато от восточноазиатских современных представителей они отстоят существенно дальше. Эти результаты означают, что 24 тысячи лет назад здесь жили те, кто дал начало всем индейским линиям. И в это время они уже отделились от прокитайцев, так что в их генофондах накопились свои различия. Любопытно, что эта популяция людей, по-видимому, весьма преуспевала. Она занимала очень широкий ареал и существовала много тысяч лет. Выводы о ее географическом распространении ученые сделали на основе близости мальтийского генома к современному западноевразийскому. А о ее продолжительном времени существования свидетельствует ДНК человека с Афонтовой горы. Географически Афонтова гора расположена сравнительно близко от Мальты, но датировки костей значительно моложе: их возраст составляет около 17 тысяч лет. Геном афонтовца мало чем отличается от мальтийского, несмотря на разделяющие их 7000 лет. Так ученым представилась возможность познакомиться с людьми, которые в какой-то момент своей истории отправились по Берингийскому мосту, соединявшему Сибирь и Аляску, и освоили целый новый континент. Нужно подчеркнуть, что с появлением возможности чтения ископаемых геномов открываются новые, все более захватывающие страницы древнейшей истории индейцев и эскимосов.

Особняком от проблемы миграций и скрещиваний стоит вопрос о нашем неандертальском наследии. Что оно дало современной популяции людей? Помимо, конечно, сложного психологического чувства, описанного Сванте в журнале Playboy. Во время написания “Неандертальца” ученые только начали обдумывать, как бы поаккуратнее подступиться к этому вопросу. Сейчас мы уже имеем кое-какие результаты этих раздумий. Помогает, конечно, то, что к настоящему времени собраны колоссальные базы данных по генотипам современных людей.

В одном из исследований на эту тему рассматривается общая вредность и полезность неандертальских генов (10). Генетики изучили распределение неандертальских фрагментов ДНК в хромосомах тысячи современных людей с разных континентов, оценив в этих фрагментах частоту встречаемости неандертальских аллелей. При этом ученые различали функциональные фрагменты и нейтральные. И выяснили, что неандертальские вставки реже встречаются в функционально важных участках генома и в Х-хромосоме, а также в генах, работающих в семенниках. В нейтральных участках неандертальских вставок оказалось больше. Это означает, что многие неандертальские гены, попавшие в генофонд сапиенсов в результате гибридизации, были вредными для наших предков и в последующие эпохи постепенно отбраковывались отбором.

Некоторые из привнесенных генов снижали плодовитость мужчин и женщин метисов. Например, пониженная доля неандертальских фрагментов в Х-хромосомах современных людей указывает на то, что мужчины смешанного сапиентно-неандертальского происхождения, по-видимому, оставляли в среднем меньше потомства по сравнению с чистокровными конкурентами. Снижение приспособленности могло проявляться, в частности, в нарушениях сперматогенеза, как это часто бывает при межвидовой гибридизации у животных. Чтобы проверить эту гипотезу, сравнили количество неандертальских заимствований в генах, работающих в разных тканях человеческого организма. Как и предполагалось, неандертальских аллелей оказалось меньше всего в генах, избирательно экспрессирующихся в семенниках. Значит, гибридизация действительно ударила по мужской репродуктивной функции, а отбор впоследствии выбраковывал из генофонда сапиенсов неандертальские примеси, негативно влияющие на производство сперматозоидов.

Это исследование, выполненное в 2013–2014 годах, положило начало масштабным поискам, в которых главную роль играли колоссальные современные базы данных по медицинской генетике. С их помощью появилась принципиальная возможность определить генетическую основу многих заболеваний. А отметив среди невыгодных для здоровья генетических комплексов неандертальские элементы, можно более содержательно оценить роль нашего неандертальского наследия (11). Именно это и было проделано: рассмотрели связь между встречаемостью неандертальских аллелей и широким набором заболеваний.

Сначала установили связь между наиболее частыми неандертальскими однонуклеотидными полиморфизмами (таких нашлось около полутора тысяч) и риском развития пятидесяти самых распространенных патологий. Наиболее значимые результаты получились по депрессии и другим аффективным расстройствам, а также по заболеваниям кожи (кератозы, то есть патологические изменения кожи под действием солнечного излучения). С несколько меньшей достоверностью неандертальские гены влияют на риск ожирения, атеросклероза, инфаркта миокарда, повышенной свертываемости крови и никотиновой зависимости. Все эти влияния не очень сильные: для депрессии, аффективных расстройств и кератозов неандертальские аллели объясняют 1–2 процента риска заболеваний, для остальных расстройств – менее процента. Это влияние слабое, но достоверное, так что можно говорить о негативном влиянии неандертальских генов. Многие из этих генов могли быть полезны нашим палеолитическим предкам, но потом стали вредными в связи с изменением условий жизни. Поэтому неандертальские аллели, оказавшиеся вредными в силу изменений среды или чужого генетического контекста (вид-то совсем другой), постепенно вычищались отбором. В результате неандертальская примесь в геномах европейцев сократилась от исходного уровня около 3 процентов (как это стало известно опять же из прочтения древних геномов) до нынешних 2 процентов.

Однако из того, что большая часть неандертальских генов не пошла на пользу нашим предкам, вовсе не следует, что коренное неандертальское население Западной Евразии не могло передать выходцам из Африки и какие-то полезные гены. В конце концов, неандертальцы сотни тысячелетий жили в этом регионе, который и по климату, и по спектру доступных пищевых ресурсов, и по набору патогенных вирусов, бактерий и прочих паразитов сильно отличался от африканской прародины сапиенсов. Поэтому было бы логично, если бы среди неандертальских генов, пошедших сапиенсам на пользу, нашлись полезные гены, к примеру связанные с иммунной системой, строением кожи (ее пигментацией, чувствительностью к ультрафиолету и т. п.), а также с усвоением различной пищи. О пользе неандертальских аллелей мы пока знаем немного, но польза одной из денисовских вставок недавно была разгадана. Ставший знаменитым древний ген называется EPAS1.

Ген EPAS1 кодирует транскрипционный фактор, который включается при недостатке кислорода. Он регулирует давление в сосудах, развитие и работу сердечной мышцы. У жителей высокогорных районов Тибета, которые испытывают постоянный недостаток кислорода, как выяснилось, работают специфические аллели этого гена. Они обеспечивают усиленную выработку гемоглобина. Очевидно, что увеличенная частота этого аллеля в популяции является адаптацией к высокогорным условиям с пониженным атмосферным давлением и, соответственно, дефицитом кислорода. За пределами Тибета эти специфические “тибетские” аллели чрезвычайно редки: из всей мировой базы данных по современным геномам они встретились только у двух представителей китайских народностей. Но самое интересное, что эти же “тибетские” аллели найдены в ископаемом образце денисовского человека (12). Значит, тибетцы сохранили наследие денисовских людей, доставшееся им от древних метисов, потомков денисовцев и сапиенсов. Как мы теперь знаем, денисовцы в результате этих скрещиваний привнесли заметную долю генетического разнообразия в популяции современных папуасов и чуть меньше – в генофонд китайского населения. В числе этих генов, по-видимому, передался и пригодившийся в хозяйстве аллель устойчивости к дефициту кислорода.

И наконец, завершая круг, вернемся к рождению науки палеогеномики, к египетским мумиям. С мумий начался интерес Сванте Пэабо к человеческой истории, за ними он отправился в Берлин, и так стартовала целая научная область. Забавно, что первая статья Сванте, в которой описывается ДНК мумий, на самом деле содержала ошибки. Прочитанные кусочки генов оказались потом обычными современными загрязнениями. Но те кусочки из мумий заставили молодого ученого поверить в возможность чтения древних геномов. А что же мумии? В “Неандертальце” Сванте пишет, что ДНК мумий из-за особых условий бальзамирования полностью деградирует, связываясь с сахарами (реакция Майяра, вспомним главу 10), так что прочитать ее невозможно. Кроме того, даже если что-то и остается, то разделение древней и современной ДНК технически невыполнимо. Но, как выяснилось, и то и другое препятствие можно преодолеть. Мечту юности Пэабо – прочитать геном мумий – осуществил его ученик Йоханнес Краузе, участвовавший с самого начала в работе с ископаемыми геномами (13).