Недавний анализ ДНК древних современных людей (Homo sapiens) в Европе и Азии предоставил более точную временную шкалу того, когда неандертальцы скрещивались с современными людьми. Это скрещивание началось примерно 50 500 лет назад и продолжалось около 7000 лет, пока неандертальцы не начали исчезать. В результате многие гены, унаследованные от наших предков-неандертальцев, сохранились у евразийцев сегодня, составляя от 1% до 2% наших геномов. Исследование опубликовано в журнале Science.
Оценка, основанная на геноме, согласуется с археологическими данными, указывающими на то, что современные люди и неандертальцы сосуществовали в Евразии около 6000–7000 лет.
Исследование включало анализ современных человеческих геномов наряду с 58 древними геномами, секвенированными из ДНК, обнаруженной в костях современных людей по всей Евразии. Оно определило среднюю дату скрещивания около 47 000 лет назад. Ранее оценки варьировались от 54 000 до 41 000 лет назад.
Эти новые данные также свидетельствуют о том, что первоначальная миграция современных людей из Африки в Евразию в основном завершилась около 43 500 лет назад.
«Время действительно важно, поскольку оно напрямую влияет на наше понимание сроков миграции из Африки, поскольку большинство неафриканцев сегодня наследуют 1–2% предков от неандертальцев», — говорит автор исследования Прия Мурджани из Калифорнийского университета в Беркли. «Это также имеет значение для понимания заселения регионов за пределами Африки, что обычно делается путем изучения археологических материалов или окаменелостей в разных регионах мира».
Длительный период потока генов может дать представление о том, почему у жителей Восточной Азии примерно на 20% больше генов неандертальцев по сравнению с европейцами и жителями Западной Азии. Археологические данные указывают на то, что современные люди мигрировали на восток около 47 000 лет назад, и за это время они уже интегрировали гены неандертальцев в свою генетическую структуру.
«Мы показываем, что период смешивания был довольно сложным и мог занять много времени. Различные группы могли разделиться в течение 6000-7000-летнего периода, а некоторые группы могли продолжать смешиваться в течение более длительного периода времени», — сказал соавтор исследования Бенджамин Питер из Университета Рочестера в Нью-Йорке и Института эволюционной антропологии Макса Планка (MPI-EVA) в Лейпциге, Германия. «Но единый общий период потока генов лучше всего соответствует данным».
«Одним из главных результатов является точная оценка времени неандертальского смешения, которое ранее оценивалось с использованием отдельных древних образцов или современных людей. Никто не пытался смоделировать все древние образцы вместе. Это позволило нам построить более полную картину прошлого», — сказала соавтор исследования Манджуша Чинталапати из Калифорнийского университета в Беркли».
В 2016 году Мурджани представил новаторский метод определения времени потока генов неандертальцев с использованием часто неполных геномов древних людей. На тот момент для изучения были доступны только пять архаичных геномов Homo sapiens.
В недавнем исследовании исследователи Яси и Чинталапати вместе со своими коллегами применили эту технику к 58 ранее секвенированным геномам древних Homo sapiens, которые жили в Европе, Западной и Центральной Азии в течение последних 45 000 лет. Они также проанализировали геномы 275 современных людей по всему миру, чтобы определить более точную дату — 47 000 лет назад — этого генетического обмена.
Вместо того чтобы предполагать, что поток генов происходил в течение одного поколения, они использовали более сложные модели, разработанные Ясси и Питером, чтобы продемонстрировать, что скрещивание сохранялось на протяжении примерно 7000 лет, а не происходило спорадически.
Эта временная шкала скрещивания неандертальцев и современных людей была подтверждена другим независимым исследованием, проведенным исследователями MPI-EVA.
В этом исследовании, опубликованном в журнале Nature, проанализированы два недавно секвенированных генома Homo sapiens возрастом около 45 000 лет, а также установлена дата этих событий — 47 000 лет назад.
«Хотя древние геномы были опубликованы в предыдущих исследованиях, они не были проанализированы с целью изучения предков неандертальцев столь детально. Мы создали каталог сегментов предков неандертальцев у современных людей. Совместно проанализировав все эти образцы, мы пришли к выводу, что период потока генов составлял около 7000 лет», — сказал Чинталапати. «Группа Макса Планка фактически секвенировала новые образцы древней ДНК, что позволило им напрямую датировать поток генов неандертальцев. И они пришли к такому же временному интервалу, что и мы».
Исследовательская группа UC Berkeley/MPI-EVA провела анализ современного человеческого генома, сосредоточившись на регионах с генами, унаследованными от неандертальцев, и регионах, полностью лишенных таких генов. Было обнаружено, что эти регионы без генов, известные как архаичные или неандертальские пустыни, быстро развивались после скрещивания двух групп.
Это говорит о том, что некоторые варианты генов неандертальцев в этих частях генома могли быть вредны для современных людей. Интересно, что ранние образцы современных людей возрастом более 40 000 лет — из таких мест, как Оазисная пещера в Румынии, Усть-Ишим в России, Златы-кун в Чехии, Тяньюань в Китае и Бачо Киро в Болгарии — уже демонстрировали эти пустыни в своих геномах.
«Мы обнаружили, что у самых ранних современных людей, живших 40 000 лет назад, не было предков, живших в пустынях, поэтому эти пустыни могли образоваться очень быстро после потока генов», — сказал Яссы. «Мы также рассмотрели изменения в частоте неандертальского происхождения с течением времени и по всему геному и обнаружили регионы, которые присутствуют с высокой частотой, возможно, потому, что они несут полезные варианты, которые были интрогрессированы от неандертальцев».
Большинство высокочастотных генов неандертальцев связаны с иммунной функцией, пигментацией кожи и метаболизмом, как сообщалось в некоторых предыдущих исследованиях.
Например, один из вариантов иммунного гена, унаследованный от неандертальцев, обеспечивает защитные эффекты от коронавируса, вызывающего COVID-19. Некоторые из неандертальских генов, участвующих в иммунной системе и пигментации кожи, на самом деле увеличились в частоте у Homo sapiens с течением времени, что подразумевает, что они могли быть полезны для выживания человека.
«Неандертальцы жили за пределами Африки в суровом климате ледникового периода и были адаптированы к климату и патогенам в этих условиях. Когда современные люди покинули Африку и скрещивались с неандертальцами, некоторые особи унаследовали неандертальские гены, которые, предположительно, позволили им адаптироваться и лучше развиваться в окружающей среде», — сказал Яссы.
«Тот факт, что мы находим некоторые из этих регионов уже в образцах возрастом 30 000 лет, показывает, что некоторые из этих регионов на самом деле были адаптированы сразу после интрогрессии», — добавила Чинталапати.
Другие гены, такие как ген устойчивости к коронавирусам, возможно, не были сразу полезны, но стали полезными позднее.
«Окружающая среда меняется, и некоторые гены становятся полезными», — сказал Питер.
В настоящее время Мурджани изучает последовательности неандертальцев у людей восточноазиатского происхождения, которые не только имеют больший процент неандертальских генов, но и некоторые гены (до 0,1% их генома) от другой ранней группы гомининов — денисовцев.
«Это действительно здорово, что мы можем заглянуть в прошлое и увидеть, как варианты, унаследованные от наших эволюционных кузенов, неандертальцев и денисовцев, менялись с течением времени», — сказал Мурджани. «Это позволяет нам понять динамику смешения неандертальцев и современных людей».
