Метод «рекомбинантных часов» для датировки древних образцов и для определения длины поколения
Новый метод молекулярно-генетической
датировки, предложенный в статье команды Дэвида Райха, основан на
сравнении древних и современных геномов по длине неандертальских
фрагментов ДНК. В отличие от радиоуглеродной датировки, этот метод
точнее работает на более старых образцах. С его помощью авторы также
вычислили длину поколения (26-30 лет), предположив, что она существенно
не менялась за 45 тысячелетий.
Правильная датировка древних образцов часто становится камнем преткновения для того, чтобы реконструировать эволюцию наших предков, историю их миграций и демографические события. В статье, опубликованной командой проф. Дэвида Райха (David Reich, Гарвардская медицинская школа в Бостоне) в журнале PNAS , представлен молекулярно-генетический метод датировки древних останков человека, который авторы назвали «рекомбинантными часами». Принцип метода заключается в сравнении длины неандертальских ДНК-последовательностей в современных и древних геномах.
Авторы исходят из того, что основной поток генов от неандертальцев к человеку современного вида имел место около 45-50 тыс. лет назад, и даже если этот поток был не один, а два или три (к ему склоняются данные последних работ), его следы в древних и современных геномах появились одновременно. Но со временем фрагменты ДНК, заимствованные от неандертальцев, разбиваются рекомбинациями и становятся короче. Таким образом, сравнивая длину неандертальских фрагментов в древних и современных геномах, можно установить время жизни носителя древней ДНК. Скорость рекомбинаций на поколение постоянна, так что предложенные авторами «рекомбинантные часы» отсчитывают время жизни древних индивидов в поколениях.
Используемый наиболее часто для датировки радиоуглеродный метод (основанный на измерении соотношения изотопов углерода 14С и 12С) работает в пределах 50 тыс. лет, хотя с образцами старше 30 тыс. лет возникают проблемы, так как они содержат слишком мало исходного 14С. Напротив, «рекомбинантные часы» точнее идут на большой временной глубине, когда с момента метисации с неандертальцами прошло относительно немного времени, и заимствованные фрагменты ДНК лучше сохранились.
В качестве эталонного современного генома авторы использовали CEU (это усредненный геном северного европейца из проекта «1000 геномов»). Неандертальские фрагменты ДНК в этом геноме появились, по их расчетам, 1600 – 1700 поколений назад.
Свой метод авторы применили к нескольким древним образцам, для которых уже имеются радиоуглеродные датировки. Они показали, что результаты того и другого метода коррелируют с коэффициентом 0,98. Хотя радиоуглеродный метод дает более точную датировку (меньшую «вилку»), рекомбинантный метод лучше работает на более старых образцах.
Кловис. Геном древнего палеоэскимоса был секвенирован с покрытием 14х, и его возраст определен радиоуглеродным методом — 12,556–12,707 лет. Используя свой метод, авторы определили, что неандертальские включения в геноме Кловис получены за 29,170±2,703 лет до его жизни. Сравнив данные по геному Кловис и CEU, возраст Кловис они оценили в 18,066±5,112 лет – радиоуглеродная датировка попадает в этот интервал.
Мальта 1. Геном верхнепалеолитического «мальчика из Мальты» со стоянки близ Байкала был секвенирован с покрытием 1,0х. Авторы определили, что неандертальские фрагменты появились в его геноме за 22,301±2,169 лет до его жизни, а время жизни мальчика из Мальты — 24,935 ±4,851 лет назад, что соответствует радиоуглеродной датировке.
Костенки 14. Геном верхнепалеолитического человека со стоянки «Костенки-14» (К 14) близ Воронежа был секвенирован с покрытием 2,8х, а его возраст радиоуглеродным методом определен в 36,262–38,684 лет. Неандертальские фрагменты ДНК, как показали «рекомбинантные часы», он получил за 6,047±649 до своей жизни. Сравнив его геном с SEU, они определили возраст К 14 в 41,189±4,387 лет, что соответствует радиоуглеродной датировке.
Усть-Ишим. Геном древнего сибиряка из Усть-Ишима (Западная Сибирь) был секвенирован с небывалой ля древних геномов точностью 42х и датирован по радиоуглероду — 43,210–46,880 лет назад. Авторы нашли, что неандертальскую примесь он получил за 7,521±854 лет до его жизни. Сравнив его с SEU, возраст человека из Усть-Ишима они оценили в 39,715±4,422 лет, сходно с радиоуглеродной датировкой.
В отличие от прочих древних геномов, образец из Усть-Ишима содержит больше неандертальских фрагментов длиннее 1 сМ. Этот факт авторы объясняют тем, что он получил, предположительно, не один, а несколько (минимум два) неандертальских генетических потоков. Это подтверждается при исследовании ДНК «усть-ишимца», в которой распределение древних фрагментов носит отчетливо «бимодальный» характер. И исходя из двух потоков неандертальских включений, авторы дают уточненные датировки: либо 40,626 ±4,214 лет, либо 45,968±4,170 лет.
Oase 1. Возраст образца Oase 1 из Румынии по радиоуглеродной датировке определен в 37,000–42,000 лет. Из-за сильного загрязнения ДНК его геном не смогли полностью секвенировать, но исследовали на маркеры однонуклеотидного полиморфизма (SNP) – включая панель для древних геномов (Archaic panel). По этим данным авторы нашли, что Oase 1 получил неандертальские фрагменты всего лишь за 227±22 лет до его жизни. Но, подобно Усть-Ишиму, этот образец демонстрировал бимодальное распределение неандертальских фрагментов, что указывает на два неандертальских потока: за 2 012 ±385 и за 164±14 лет до его жизни. Исходя из этого, оценки возраста Oase 1 таковы: 40,682±3,787 и 42,530±3,767 лет.
Сравнив линейную зависимость величин возраста древних индивидов, полученных методом «рекомбинантных часов» (в поколениях) и радиоуглеродным методом (в годах), авторы вычислили среднюю длину поколения за прошедшие 45 тыс. лет. Получили величину 28.1 ±0.7 лет (26-30 лет). Они подчеркивают, что впервые измерили историческую длину поколений напрямую. В их вычисления заложены два важных допущения: то, что длина поколения одинакова у мужчин и женщин, и то, что она существенно не менялась на всем протяжении с момента метисации с неандертальцами. Второе допущение авторов понять довольно трудно, учитывая смену условий и социального уклада жизни.
Метод «рекомбинантных часов» имеет ограничения: неандертальская калибровка не подходит к образцам, не испытавшим влияния метисации с неандертальцами (например, к недавно секвенированному древнему геному из Эфиопии). Его точность падает у более молодых образцов, моложе 10 тыс. лет, для них нужна другая, более недавняя точка отсчета.
Источник:
A genetic method for dating ancient genomes provides a direct estimate of human generation interval in the last 45,000 years
Priya Moorjani, Sriram Sankararaman, Qiaomei Fu, Molly Przeworski, Nick Patterson, and David Reich
http://www.pnas.org/content/early/2016/04/27/1514696113
Текст статьи можно скачать здесь pnas.201514696
Правильная датировка древних образцов часто становится камнем преткновения для того, чтобы реконструировать эволюцию наших предков, историю их миграций и демографические события. В статье, опубликованной командой проф. Дэвида Райха (David Reich, Гарвардская медицинская школа в Бостоне) в журнале PNAS , представлен молекулярно-генетический метод датировки древних останков человека, который авторы назвали «рекомбинантными часами». Принцип метода заключается в сравнении длины неандертальских ДНК-последовательностей в современных и древних геномах.
Авторы исходят из того, что основной поток генов от неандертальцев к человеку современного вида имел место около 45-50 тыс. лет назад, и даже если этот поток был не один, а два или три (к ему склоняются данные последних работ), его следы в древних и современных геномах появились одновременно. Но со временем фрагменты ДНК, заимствованные от неандертальцев, разбиваются рекомбинациями и становятся короче. Таким образом, сравнивая длину неандертальских фрагментов в древних и современных геномах, можно установить время жизни носителя древней ДНК. Скорость рекомбинаций на поколение постоянна, так что предложенные авторами «рекомбинантные часы» отсчитывают время жизни древних индивидов в поколениях.
Используемый наиболее часто для датировки радиоуглеродный метод (основанный на измерении соотношения изотопов углерода 14С и 12С) работает в пределах 50 тыс. лет, хотя с образцами старше 30 тыс. лет возникают проблемы, так как они содержат слишком мало исходного 14С. Напротив, «рекомбинантные часы» точнее идут на большой временной глубине, когда с момента метисации с неандертальцами прошло относительно немного времени, и заимствованные фрагменты ДНК лучше сохранились.
В качестве эталонного современного генома авторы использовали CEU (это усредненный геном северного европейца из проекта «1000 геномов»). Неандертальские фрагменты ДНК в этом геноме появились, по их расчетам, 1600 – 1700 поколений назад.
Свой метод авторы применили к нескольким древним образцам, для которых уже имеются радиоуглеродные датировки. Они показали, что результаты того и другого метода коррелируют с коэффициентом 0,98. Хотя радиоуглеродный метод дает более точную датировку (меньшую «вилку»), рекомбинантный метод лучше работает на более старых образцах.
Кловис. Геном древнего палеоэскимоса был секвенирован с покрытием 14х, и его возраст определен радиоуглеродным методом — 12,556–12,707 лет. Используя свой метод, авторы определили, что неандертальские включения в геноме Кловис получены за 29,170±2,703 лет до его жизни. Сравнив данные по геному Кловис и CEU, возраст Кловис они оценили в 18,066±5,112 лет – радиоуглеродная датировка попадает в этот интервал.
Мальта 1. Геном верхнепалеолитического «мальчика из Мальты» со стоянки близ Байкала был секвенирован с покрытием 1,0х. Авторы определили, что неандертальские фрагменты появились в его геноме за 22,301±2,169 лет до его жизни, а время жизни мальчика из Мальты — 24,935 ±4,851 лет назад, что соответствует радиоуглеродной датировке.
Костенки 14. Геном верхнепалеолитического человека со стоянки «Костенки-14» (К 14) близ Воронежа был секвенирован с покрытием 2,8х, а его возраст радиоуглеродным методом определен в 36,262–38,684 лет. Неандертальские фрагменты ДНК, как показали «рекомбинантные часы», он получил за 6,047±649 до своей жизни. Сравнив его геном с SEU, они определили возраст К 14 в 41,189±4,387 лет, что соответствует радиоуглеродной датировке.
Усть-Ишим. Геном древнего сибиряка из Усть-Ишима (Западная Сибирь) был секвенирован с небывалой ля древних геномов точностью 42х и датирован по радиоуглероду — 43,210–46,880 лет назад. Авторы нашли, что неандертальскую примесь он получил за 7,521±854 лет до его жизни. Сравнив его с SEU, возраст человека из Усть-Ишима они оценили в 39,715±4,422 лет, сходно с радиоуглеродной датировкой.
В отличие от прочих древних геномов, образец из Усть-Ишима содержит больше неандертальских фрагментов длиннее 1 сМ. Этот факт авторы объясняют тем, что он получил, предположительно, не один, а несколько (минимум два) неандертальских генетических потоков. Это подтверждается при исследовании ДНК «усть-ишимца», в которой распределение древних фрагментов носит отчетливо «бимодальный» характер. И исходя из двух потоков неандертальских включений, авторы дают уточненные датировки: либо 40,626 ±4,214 лет, либо 45,968±4,170 лет.
Oase 1. Возраст образца Oase 1 из Румынии по радиоуглеродной датировке определен в 37,000–42,000 лет. Из-за сильного загрязнения ДНК его геном не смогли полностью секвенировать, но исследовали на маркеры однонуклеотидного полиморфизма (SNP) – включая панель для древних геномов (Archaic panel). По этим данным авторы нашли, что Oase 1 получил неандертальские фрагменты всего лишь за 227±22 лет до его жизни. Но, подобно Усть-Ишиму, этот образец демонстрировал бимодальное распределение неандертальских фрагментов, что указывает на два неандертальских потока: за 2 012 ±385 и за 164±14 лет до его жизни. Исходя из этого, оценки возраста Oase 1 таковы: 40,682±3,787 и 42,530±3,767 лет.
Оценка возраста древних индивидов в годах (по радиоуглеродному методу) и в поколениях (по методу «рекомбинантных часов»).
Сравнив линейную зависимость величин возраста древних индивидов, полученных методом «рекомбинантных часов» (в поколениях) и радиоуглеродным методом (в годах), авторы вычислили среднюю длину поколения за прошедшие 45 тыс. лет. Получили величину 28.1 ±0.7 лет (26-30 лет). Они подчеркивают, что впервые измерили историческую длину поколений напрямую. В их вычисления заложены два важных допущения: то, что длина поколения одинакова у мужчин и женщин, и то, что она существенно не менялась на всем протяжении с момента метисации с неандертальцами. Второе допущение авторов понять довольно трудно, учитывая смену условий и социального уклада жизни.
Метод «рекомбинантных часов» имеет ограничения: неандертальская калибровка не подходит к образцам, не испытавшим влияния метисации с неандертальцами (например, к недавно секвенированному древнему геному из Эфиопии). Его точность падает у более молодых образцов, моложе 10 тыс. лет, для них нужна другая, более недавняя точка отсчета.
Источник:
A genetic method for dating ancient genomes provides a direct estimate of human generation interval in the last 45,000 years
Priya Moorjani, Sriram Sankararaman, Qiaomei Fu, Molly Przeworski, Nick Patterson, and David Reich
http://www.pnas.org/content/early/2016/04/27/1514696113
Текст статьи можно скачать здесь pnas.201514696
