Чагырская пещера - место обитания алтайских неандертальцев
Сто тысяч лет назад: генетический поток от человека современного вида к алтайским неандертальцам
История взаимоотношений человека
современного вида и неандертальцев оказалась непростой и долгой. Не
только неандертальцы оставили след в нашем геноме. Обнаружен
генетический поток и от Homo sapiens
к предкам алтайских неандертальцев. Он указывает на раннюю — около 100
тысяч лет назад — метисацию, что происходила еще до основной волны
выхода наших предков из Африки.
Статья большого международного коллектива, опубликованная в последнем выпуске журнала Nature, представила гораздо более сложную картину взаимоотношений человека современного вида со своими родственниками – неандертальцами , чем это представлялось до сих пор.
Расходились и сходились
Ветви Homo sapiens и Homo neanderthalensis на эволюционном древе человека разошлись в интервале от 800 до 400 тыс. лет назад. Анализ геномов алтайских денисовцев и неандертальцев показывает, что они разделились 380-470 тыс. лет назад. Но вслед за расхождением видов-подвидов человека последовали эпизоды обратных генетических потоков, свидетельствующих о метисации между ними.
Метисация Homo sapiens с неандертальцами была доказана, когда в современном геноме нашли осколки неандертальских последовательностей ДНК. Для каждого отдельного человека неафриканского происхождения они составляют от 1 до 3% генома, но поскольку у разных людей эти последовательности разные, то в целом в популяциях Евразии циркулирует примерно 20% неандертальского генома. По современным представлениям, основная волна метисации произошла вскоре после выхода Homo sapiens из Африки, около 65 тысяч лет назад, хотя, как продемонстрировал геном сапиенса с территории Румынии, случалась и более поздняя метисация, и не на Ближнем Востоке, а в Европе.
Были обнаружены также потоки генов от денисовцев к современному человеку, от неандертальцев к денисовцам и к денисовцам же — от еще неизвестной группы древних людей, отколовшейся от остальных около 1 млн лет назад. Но до сих пор не находили обратных потоков генов – от человека современного вида к древним видам. Очевидно, потому, что геномы неандертальцев и денисовцев удавалось изучить лишь частично.
Новое исследование
Полнее их исследовать удалось группе исследователей из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка (Германия) и других научных коллективов США, Испании, Израиля, Китая, Германии, Хорватии и Канады. Они отыскали следы более ранней метисации между человеком современного вида и неандертальцами, происходившей около 100 тысяч лет назад. Причем нашли эти следы не в геномах современного человека, а в неандертальском геноме.
Авторы статьи проанализировали четыре древних генома. Геном алтайского неандертальца (возраст >50 тыс лет) был секвенирован с покрытием 52,7х. Геном денисовца (возраст >50 тыс лет), секвенирован с покрытием 31,1х. Для двух геномов европейских неандертальцев — из испанской пещеры Эль Сидрон (возраст около 49 тыс. лет) и из хорватской пещеры Виндия (возраст около 44 тыс. лет) – из-за плохой сохранности ДНК секвенировали только одну хромосому (21-ю).
Эти древние геномы сравнили с геномами современных популяций, в том числе африканских. Специалисты искали последовательности ДНК, которые древние геномы разделяли бы с африканскими геномами. И у алтайского неандертальца таких последовательностей оказалось гораздо больше, чем у европейских неандертальцев и денисовца, К тому же эти кусочки ДНК у алтайского неандертальца были большей длины, а значит, в меньшей степени разбиты рекомбинациями хромосом . Это говорит о том, что они не были унаследованы от общего предка (как в случае с денисовцем и европейскими неандертальцами), а получены в ходе метисации уже после разделения ветвей.
Откуда обратный поток генов?
Это было интерпретировано авторами как следы генетического потока от сапиенсов к алтайским неандертальцам, причем древнего потока, который случился еще до основной волны миграции наших предков из Африки.
Для определения величины и времени этого потока генов авторы применили моделирование и реконструировали картину демографических событий, которые связывали разные виды человека. Величину потока оценили как 0,1-2% генома. А как оценили время? Поскольку генетический поток от сапиенсов не обнаружен у европейских неандертальцев, то предположили, что метисация произошла уже после разделения групп алтайских и европейских неандертальцев — а это разделение датируется примерно 110 тыс. лет назад. Хотя, исследователи допускают, что поскольку у европейских неандертальцев удалось изучить лишь одну хромосому, то такие следы просто пока не обнаружены.
На рисунке представлена реконструкция демографической истории популяций человека. Найденный генетический поток (следы ранней метисации) от человека современного вида к неандертальцам обозначен красной стрелкой. Предполагается, что его источником была популяция, которая рано отделилась от сапиентного ствола еще в Африке, рано вышла из Африки и частично смешалась с предками алтайских неандертальцев. Это популяция была в равной степени родственна современным неафриканским и африканским популяциям, по-видимому, она отделилась от общего ствола еще до отделения предков бушменской ветви, поскольку варианты ДНК современных бушменов, мбути и йоруба примерно одинаково представлены в геноме алтайских неандертальцев. Около 100 тыс. лет назад произошла метисация этой древней популяции сапиенсов с предками алтайских неандертальцев.
Демографическая модель позволила авторам высказать гипотезу о динамике изменения эффективного размера популяций. Она предполагает, что с тех пор, как популяции неандертальцев и денисовцев отделились от сапиенсов, их численность постепенно сокращалась. Лишь для популяции неандертальцев из Хорватии (Виндия) модель указывает на возможность увеличения их численности .
Считается, что примерно 125 тыс. лет назад, в период межледниковья, неандертальцы стали распространяться из Европы на восток и достигли Алтая. С другой стороны, есть доказательства того, что 120 тыс. лет назад неандертальцы жили и на Ближнем Востоке: в Леванте, на юге Аравийского полуострова, вокруг Персидского залива. Можно предположить, что именно там около 100 тыс. лет назад и произошла их ранняя метисация с первой волной Homo sapiens, покинувшей Африку.
На следующем рисунке (второго автора статьи, Ilan Gronau) развилки и скрещивания ветвей сапиенсов и неандертальцев на древе человечества показаны более схематично.
Авторы попытались выяснить, а играли ли какую-то функциональную роль те ДНК последовательности, которые попали от сапиенсов в неандертальский геном? Они идентифицировали 163 фрагмента интрогрессии (длиной >50 kb) в геноме алтайского неандертальца, которые пересекались с 225 генами. В их числе были некоторые участки, находившиеся под положительным отбором, как например, фактор транскрипции NR5A2, вовлеченный в развитие печени. Один сегмент (150 kb) был расположен в пределах гена FOXP2, фактора транскрипции, который связывают с развитием речи.
Источник:
Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals
Martin Kuhlwilm, Ilan Gronau, Melissa J. Hubisz, Cesare de Filippo, Javier Prado-Martinez, Martin Kircher, Qiaomei Fu, Hernán A. Burbano, Carles Lalueza-Fox, Marco de la Rasilla, Antonio Rosas, Pavao Rudan, Dejana Brajkovic, Željko Kucan, Ivan Gušic, Tomas Marques-Bonet, Aida M. Andrés, Bence Viola, Svante Pääbo, Matthias Meyer1, Adam Siepel & Sergi Castellano
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature16544.html
Статья большого международного коллектива, опубликованная в последнем выпуске журнала Nature, представила гораздо более сложную картину взаимоотношений человека современного вида со своими родственниками – неандертальцами , чем это представлялось до сих пор.
Расходились и сходились
Ветви Homo sapiens и Homo neanderthalensis на эволюционном древе человека разошлись в интервале от 800 до 400 тыс. лет назад. Анализ геномов алтайских денисовцев и неандертальцев показывает, что они разделились 380-470 тыс. лет назад. Но вслед за расхождением видов-подвидов человека последовали эпизоды обратных генетических потоков, свидетельствующих о метисации между ними.
Метисация Homo sapiens с неандертальцами была доказана, когда в современном геноме нашли осколки неандертальских последовательностей ДНК. Для каждого отдельного человека неафриканского происхождения они составляют от 1 до 3% генома, но поскольку у разных людей эти последовательности разные, то в целом в популяциях Евразии циркулирует примерно 20% неандертальского генома. По современным представлениям, основная волна метисации произошла вскоре после выхода Homo sapiens из Африки, около 65 тысяч лет назад, хотя, как продемонстрировал геном сапиенса с территории Румынии, случалась и более поздняя метисация, и не на Ближнем Востоке, а в Европе.
Были обнаружены также потоки генов от денисовцев к современному человеку, от неандертальцев к денисовцам и к денисовцам же — от еще неизвестной группы древних людей, отколовшейся от остальных около 1 млн лет назад. Но до сих пор не находили обратных потоков генов – от человека современного вида к древним видам. Очевидно, потому, что геномы неандертальцев и денисовцев удавалось изучить лишь частично.
Новое исследование
Полнее их исследовать удалось группе исследователей из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка (Германия) и других научных коллективов США, Испании, Израиля, Китая, Германии, Хорватии и Канады. Они отыскали следы более ранней метисации между человеком современного вида и неандертальцами, происходившей около 100 тысяч лет назад. Причем нашли эти следы не в геномах современного человека, а в неандертальском геноме.
Авторы статьи проанализировали четыре древних генома. Геном алтайского неандертальца (возраст >50 тыс лет) был секвенирован с покрытием 52,7х. Геном денисовца (возраст >50 тыс лет), секвенирован с покрытием 31,1х. Для двух геномов европейских неандертальцев — из испанской пещеры Эль Сидрон (возраст около 49 тыс. лет) и из хорватской пещеры Виндия (возраст около 44 тыс. лет) – из-за плохой сохранности ДНК секвенировали только одну хромосому (21-ю).
Эти древние геномы сравнили с геномами современных популяций, в том числе африканских. Специалисты искали последовательности ДНК, которые древние геномы разделяли бы с африканскими геномами. И у алтайского неандертальца таких последовательностей оказалось гораздо больше, чем у европейских неандертальцев и денисовца, К тому же эти кусочки ДНК у алтайского неандертальца были большей длины, а значит, в меньшей степени разбиты рекомбинациями хромосом . Это говорит о том, что они не были унаследованы от общего предка (как в случае с денисовцем и европейскими неандертальцами), а получены в ходе метисации уже после разделения ветвей.
Откуда обратный поток генов?
Это было интерпретировано авторами как следы генетического потока от сапиенсов к алтайским неандертальцам, причем древнего потока, который случился еще до основной волны миграции наших предков из Африки.
Для определения величины и времени этого потока генов авторы применили моделирование и реконструировали картину демографических событий, которые связывали разные виды человека. Величину потока оценили как 0,1-2% генома. А как оценили время? Поскольку генетический поток от сапиенсов не обнаружен у европейских неандертальцев, то предположили, что метисация произошла уже после разделения групп алтайских и европейских неандертальцев — а это разделение датируется примерно 110 тыс. лет назад. Хотя, исследователи допускают, что поскольку у европейских неандертальцев удалось изучить лишь одну хромосому, то такие следы просто пока не обнаружены.
Демографическая
история популяций современного (голубые ветви) и древних (розовые
ветви) видов человека. Темно-синие стрелки обозначают генетические
потоки от неандертальцев к человеку современного вида; красная стрелка
обозначает обратные генетический поток – от человека современного вида к
предкам алтайских неандертальцев; синяя стрелка обозначает поток от
неизвестного архаичного вида к денисовцам. Цифры указывают на
интенсивность вклада генетических потоков в геном.
На рисунке представлена реконструкция демографической истории популяций человека. Найденный генетический поток (следы ранней метисации) от человека современного вида к неандертальцам обозначен красной стрелкой. Предполагается, что его источником была популяция, которая рано отделилась от сапиентного ствола еще в Африке, рано вышла из Африки и частично смешалась с предками алтайских неандертальцев. Это популяция была в равной степени родственна современным неафриканским и африканским популяциям, по-видимому, она отделилась от общего ствола еще до отделения предков бушменской ветви, поскольку варианты ДНК современных бушменов, мбути и йоруба примерно одинаково представлены в геноме алтайских неандертальцев. Около 100 тыс. лет назад произошла метисация этой древней популяции сапиенсов с предками алтайских неандертальцев.
Эффективный
размер популяций и время разделения популяций (на временной шкале
справа) человека современного вида и древних видов. Изученные в данной
работе древние геномы обозначены красными точками.
Демографическая модель позволила авторам высказать гипотезу о динамике изменения эффективного размера популяций. Она предполагает, что с тех пор, как популяции неандертальцев и денисовцев отделились от сапиенсов, их численность постепенно сокращалась. Лишь для популяции неандертальцев из Хорватии (Виндия) модель указывает на возможность увеличения их численности .
Считается, что примерно 125 тыс. лет назад, в период межледниковья, неандертальцы стали распространяться из Европы на восток и достигли Алтая. С другой стороны, есть доказательства того, что 120 тыс. лет назад неандертальцы жили и на Ближнем Востоке: в Леванте, на юге Аравийского полуострова, вокруг Персидского залива. Можно предположить, что именно там около 100 тыс. лет назад и произошла их ранняя метисация с первой волной Homo sapiens, покинувшей Африку.
На следующем рисунке (второго автора статьи, Ilan Gronau) развилки и скрещивания ветвей сапиенсов и неандертальцев на древе человечества показаны более схематично.
Схема
миграций и генетических потоков между двумя видами человека. Зеленая
стрелка – генетический поток от неандертальцев к сапиенсам, розовая
стрелка – от сапиенсов к неандертальцам. (Ilan Gronau)
Авторы попытались выяснить, а играли ли какую-то функциональную роль те ДНК последовательности, которые попали от сапиенсов в неандертальский геном? Они идентифицировали 163 фрагмента интрогрессии (длиной >50 kb) в геноме алтайского неандертальца, которые пересекались с 225 генами. В их числе были некоторые участки, находившиеся под положительным отбором, как например, фактор транскрипции NR5A2, вовлеченный в развитие печени. Один сегмент (150 kb) был расположен в пределах гена FOXP2, фактора транскрипции, который связывают с развитием речи.
Источник:
Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals
Martin Kuhlwilm, Ilan Gronau, Melissa J. Hubisz, Cesare de Filippo, Javier Prado-Martinez, Martin Kircher, Qiaomei Fu, Hernán A. Burbano, Carles Lalueza-Fox, Marco de la Rasilla, Antonio Rosas, Pavao Rudan, Dejana Brajkovic, Željko Kucan, Ivan Gušic, Tomas Marques-Bonet, Aida M. Andrés, Bence Viola, Svante Pääbo, Matthias Meyer1, Adam Siepel & Sergi Castellano
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature16544.html
Надежда Маркина
