Денисовская днк что такое
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Алтайские горы расположены таким образом, что обогнуть их многочисленным миграциям самых разных двуногих существ было просто невозможно. Рядом обширная полоса степей, идущая от Енисея до Карпат, которая служила настоящими «вратами народов» (обычно так называли ту ее часть, которая проходила между Уральским хребтом и Каспием). С другой стороны гор — пустыни, открывающие путь к Дальнему Востоку и Юго-Восточной Азии. Алтай вместил в себя множество интересных и таинственных мест, среди которых знаменитая Денисова пещера с большим гротом — в нем всегда сухо, а отверстие под куполом днем дает свет и служит естественным дымоходом.
Неудивительно, что в Денисовой пещере сотни тысяч лет находили прибежище представители рода Homo, начиная с неандертальцев, которые заселились туда 280 000 лет назад. Оставили там следы и люди исторической эпохи — тюрки и гунны, создатели обширных кочевых империй. Весь этот гигантский промежуток времени люди здесь жили, делали инструменты, поедали или разделывали добытых на охоте животных — в Денисовой пещере обнаружены кости яка, осла, носорога, гиены.
Таким образом над естественным полом пещеры выросло два десятка культурных слоев, наполненных артефактами — свидетельствами жизни самых разных обитателей. Чтобы исследовать эти культурные слои (а раскопки здесь начались во второй половине 1970-х годов), археологам пришлось выкопать глубокую яму. И вот в 2008 году случилось знаменитое открытие: в Денисовой пещере, среди огромного массива культурных слоев была найдена крошечная кость — как потом выяснилось, фаланга мизинца юной особи женского пола. Можно говорить об огромном научном везении, так как эта находка плюс еще несколько небольших костных фрагментов (два зуба, возможно, фаланга пальца ноги) стали единственным свидетельством существования на Земле доселе неизвестного вида людей.
На полу Денисовой пещеры выросло 20 культурных слоев. Находка в этом массиве мелких костных останков денисовцев — большая удача.
Сюрпризы продолжились в 2012 году, когда была опубликована работа группы ученых из лейпцигского Института Макса Планка (руководителем группы был шведский биолог Сванте Пеэбо). Ученым удалось с высокой точностью секвенировать как ядерную, так и митохондриальную ДНК денисовцев, как теперь стали называть наших вымерших двоюродных братьев, и появилась возможность предметно говорить о родстве живших в Денисовой пещере 75−30 тыс. лет назад людей с Homo sapiens и Homo neanderthalensis. Секвенирование «денисовской» ДНК стало реальным лишь с возникновением новых технологий работы с генетическим материалом, который в ископаемых костях представлен, как правило, фрагментарно. В частности, был применен метод искусственного восстановления двухнитевых ДНК в тех случаях, когда в исходном образце одна из нитей оказывалась поврежденной.
На схеме показано идущее от общего предка родословное древо сапиенсов, денисовцев и неандертальцев, а также человекообразных обезьян. Красным показан порог, после которого из 24 пар обезьяньих хромосом после слияния получилось 23 пары человеческих.
Что же касается родства, то удалось выяснить, что, согласно анализу мтДНК, отличие современного человека от денисовца составляет 385 нуклеотидов, в то время как различие между Homo sapiens и неандертальцем равно 202 нуклеотидам. Анализ ядерной ДНК показал, что неандертальцы и денисовцы имели общего предка, который жил, возможно, около 700 000 лет назад (датировка крайне приблизительная). Предок же этой ветви и Homo sapiens — так называемый «человек предшествующий» (Homo antecessor) обитал на Земле более миллиона лет назад.
Значит, с родством все ясно? Не совсем. Известно, что Homo sapiens появились около 200 000 лет назад на Африканском континенте. Полторы сотни тысяч лет спустя небольшая популяция сапиенсов (порядка 40−50 тыс. человек) решилась покинуть свой африканский дом и ушла на Ближний Восток, а потомки этих людей заселили все континенты, кроме Антарктиды. Таким образом, все исконные жители Старого и Нового Света за исключением Африки — то есть белые европейцы, китайцы, эскимосы, американские индейцы — являются потомками беглецов из Африки, численность которых сравнима с населением райцентра. При этом сапиенсы были, разумеется, не первыми представителями рода Homo, ушедшими в Евразию. До этого туда пропутешествовал Homo erectus, давший в Европе потомство в виде гейдельбергского человека или в Азии в виде синантропов и питекантропов.
Придя на Ближний Восток, сапиенсы встретили там ранее пришедших неандертальцев. Тогда же случилось то, что в науке называется гибридизацией: наши предки и неандертальцы стали скрещиваться, и у них появилось потомство. Предположительно это была первая, но не единственная волна гибридизации этих видов. Второй эпизод, согласно генетическим данным, мог происходить на Дальнем Востоке с участием со стороны Homo sapiens предков китайцев и американских индейцев. На сегодняшний день процент неандертальских генов в геноме представителей разных народов мира составляет 1−4%.
После того как удалось получить точные данные о геноме денисовцев, было сделано еще одно важное открытие. Оказалось, что гибридизации с Homo sapiens не удалось избежать и денисовцам. Обитая неподалеку от «врат народов», они встретились с некой ветвью предков современных людей, которая затем прошествовала в сторону Юго-Восточной Азии, а точнее — ее островной части. Меланезийцы, представители австралоидной расы (среди них наиболее известны у нас папуасы) содержат в своем геноме до 6% «денисовских» генов. Хотя совершенно необязательно, что гибридизация произошла именно на Алтае, — сейчас считается, что этот вид людей имел широкий ареал обитания в Евразии.
Таким образом, некоторые современные люди, обитающие, правда, в основном в одном уголке планеты, могут считать себя более близкой родней денисовцам, чем все остальные. Однако есть другая загадка, которую преподнесла находка в Денисовой пещере. Похоже, на ее основании можно предположить существование еще одного вида людей, от которых пока не найдено даже крохотной косточки.
Неандертальцы и денисовцы составляют две ветви, происходящие от общего предка, но, как уже сказано, Homo neanderthalensis генетически заметно ближе к сапиенсу, чем денисовец. Более того, в «денисовском» геноме есть примерно 1% генов, которых нет у неандертальцев и которые заметно древнее остальных: на это обратил внимание американский биолог Дэвид Рейч из Гарвардской школы медицины. Остается предположить, что гибридизация с сапиенсами была не единственной, которой подверглись «денисовские» люди. Теперь выдвигается предположение о том, что они на своем историческом пути могли скрещиваться и с другими видами рода Homo.
Исследователи обратили внимание на то, что найденный в Денисовой пещере зуб, который, как и фрагмент фаланги, стал предметом генетического анализа, имеет необычно большой размер, что типично для более ранних гоминид. Это может означать, что партнерами по скрещиванию выступали представители какого-то вида людей, которые вышли из Африки еще раньше и сапиенсов, и денисовцев, и неандертальцев. Возможно, об этом виде до сих пор ничего не известно, а можно предположить, что это были, например, представители гейдельбергского человека. Что мешает это проверить? Отсутствие секвенированного генома последнего.
Придется снова напомнить, что выделение качественной генной информации ископаемых останков денисовцев было уникальным случаем и большой научной удачей. Это же касается и генов неандертальцев. Дело в том, что и те и другие обитали в сравнительно холодных и влажных областях мира, и климат обеспечил сохранность сложных молекул внутри костных останков. В жарком климате, где солнце выжигало кости добела, ДНК практически полностью разрушалась.
Открытия еще впереди
К сожалению, в силу скудности найденного пока ископаемого материала очень трудно сказать, насколько денисовцы отличались от современных людей внешним обликом и поведением, или обладали ли они, например, речью. Различия в геноме сапиенса и денисовца могут указывать на то, что определенные мутации, отвечающие в нашем геноме за важные функции, связанные с развитием нервной системы и работой мозга, у денисовцев, как у представителей иной ветви человечества, не отмечены. Это может означать, что человеческим разумом в полном смысле эти вымершие люди не обладали, что, разумеется, не помешало им оставлять совместное с сапиенсами потомство.
Казалось бы, в этот же ряд «криптолюдей» вписывается и Homo florensiensis — останки представителей этого вида были обнаружены в 2003 году в пещере Лианг-Буа на острове Флорес. Этих существ, которых сразу же окрестили «хоббитами», отличал маленький рост (1 м) и крайне небольшой объем мозга — 400 см3. Это меньше, чем у шимпанзе, и сопоставимо с объемом мозга афарского австралопитека, который не принадлежал к роду Homo. Таким образом, флоресские карлики, очевидно, находились на более низкой стадии развития, чем неандертальцы или денисовцы. Да, они производили примитивные каменные орудия, вероятно, занимались с их помощью охотой и строительством, но к созданию каменных орудий был способен и австралопитек. По одной из бытовавших гипотез, Homo florensiensis мог быть потомком питекантропа, достаточно развитого существа, который попал в условия островной изоляции (а современная и ископаемая фауна острова Флорес наполнена эволюционными курьезами) и там видоизменился, или, можно было бы сказать, деградировал. Последний термин, правда, вряд ли уместен, так как предполагает понимание эволюции как неизменного движения от низших форм к высшим, в то время как в реальности имеет значение лишь приспособление методом естественного отбора. Сейчас, однако, гипотезу об уменьшившемся и поглупевшем питекантропе разделяют далеко не все, подозревая в предках «хоббитов» каких-то менее развитых существ типа тех же австралопитеков.
Однако есть еще один интересный пример, когда следы какого-то таинственного человекоподобного существа явно прослеживаются в геноме современного человека. Правда, речь опять же идет о специфической группе Homo sapiens.
Африка — настоящий кладезь генетического разнообразия. Если вспомнить, что неафриканское человечество восходит к нескольким десяткам тысяч африканцев, ушедших в Евразию, нетрудно предположить, что генетические различия между немцем и японцем могут оказаться значительно меньшими, чем между представителями разных африканских народов, где сапиенсы развивались 200 000 лет. Но пигмеи в западном Камеруне и народности хадза и сандаве в Танзании являют собой особый случай. Как можно заметить по географической карте, Танзанию и Камерун разделяет приличное расстояние, а вот представителей трех упомянутых народов объединяют общие участки ДНК, и это указывает, во-первых, на общих предков, живших самое позднее 40 000 лет назад, и, во-вторых, на то, что эти самые предки уже были обладателями вышеупомянутых участков. Группа биологов из Пенсильванского университета под руководством Сары Тишкофф опубликовала работу в журнале Cell, в ней утверждалось, что общие для трех народов участки ДНК являются следами гибридизации с доселе неизвестным и жившим в Африке еще 80−20 тыс. лет назад видом людей, который произошел от общего с неандертальцами предка примерно 1,2 млн лет назад.
Проблема лишь в том, что от этих гипотетических людей опять-таки не найдено ни косточки — генетики вновь совершили открытие «на кончике пера». Косвенным подтверждением, что еще в недавнюю эпоху в Африке могли существовать какие-то виды людей, не относящихся к сапиенсам, может служить находка в Иво-Элеру (Нигерия). Там был обнаружен довольно примитивный череп, датируемый, однако, эпохой безраздельного властвования сапиенсов, — 13 000 лет назад. Иными словами, существует проблема определенного рассогласования между выкладками генетиков и находками палеоантропологов, работающих «в поле».
Но не будем забывать: не случись удачи с находкой крошечных костных фрагментов в Денисовой пещере, ни про каких денисовцев сегодня никто бы не знал вообще.
Австралийцы были первыми
Карта на соседней странице показывает пути миграций предков разных групп Homo sapiens по Евразии. Как видно, предки австралийских аборигенов и папуасов были в той же самой группе выходцев из Африки, что и предки будущего населения Европы и Азии, — они вместе отделились от своих африканских родственников 75−62 тыс. лет назад. Однако «австралийская» ветвь (красная стрелка) отправилась в Евразию первой, еще до того, как 38−25 тыс. лет назад «европейцы» отделились от «азиатов» (в частности, имеется в виду предковая линия китайцев — хань). Вторая волна миграции, прошедшая через Переднюю Азию, Индию и Индокитай, вытеснила и поглотила представителей «австралийской» ветви на континенте, а аборигены Австралии и папуасы оказались в изоляции на 50 000 лет. На карте отмечена и гибридизация с денисовцами.
Генетическая ясность
Вот еще интересные сведения.
Необычный вариант гена, участвующего в выработке организмом гемоглобина, широко распространен у тибетцев. Эта особенность позволяет им жить в горах на высоте более 4500 метров над уровнем моря. Опубликованное в журнале Natureисследование показывает, что этот ген достался тибетцам от денисовского человека – родственного современному человеку и неандертальцу вида (или подвида) рода Homo. Денисовские люди, вымершие 40-50 тыс. лет назад, известны по костным останкам, найденным в Денисовой пещере на Алтае.
Ген, известный под названием EPAS1, активируется при снижении уровня кислорода в крови, усиливая выработку эритроцитов. Это помогает человека справляться с пиковыми нагрузками. EPAS1 даже называют геном «суператлетов», так как на некоторые варианты способны помочь спортсменам быстро повысить уровень гемоглобина, увеличивая выносливость. На высокогорье обычный вариант работы этого гена оказывается губительным. Увеличение количества эритроцитов в крови приводит там к к гипертонии и сердечным приступам, а также к рождению детей с более низким весом детей и увеличению младенческой смертности. Вариант гена, имеющийся у тибетцев, позволяет избежать этих побочных эффектов, так как он менее активен.
В 2010 году исследования, также проведенные Расусом Нильсеном и его командой,показали, что при заселении предками нынешних тибетцев Тибетского нагорья, более 2,75 тыс. лет назад, их численность резко снизилась, а потом стала расти благодаря той части популяции, у которой имелись генетические особенности, облегчающие жизнь в горах, в том числе особый вариант гена EPAS1.
«Мы обнаружили, что часть гена EPAS1 у тибетцев практически идентична гену денисовцев и очень отличается от всех других людей», – говорит Нильсен. Ядерную ДНК, извлеченную из кости пальца денисовского человека, сравнили с генетическим материалом китайцев и тибетцев, предоставленным Институтом эволюционной антропологии Общества Макса Планка. Нильсен предполагает, что современные люди, покинув Африку, скрещивались в Евразии с денисовскими людьми. Их потомки впоследствии заселили Китай и Тибет
Геном денисовского человека отсеквенирован с высокой точностью
Мы не знаем, как выглядела доисторическая девочка из Денисовой пещеры. Фаланга мизинца — это всё, что от нее осталось. Но генетические данные показали, что она, скорее всего, была темноволосой, темнокожей и кареглазой. А еще мы знаем, что в геномах коренных жителей Австралии (слева) и Новой Гвинеи (справа) сохранилось до 6% «денисовских» примесей. Изображения с сайтов farm4.static.flickr.com и assets.survivalinternational.org.
Геном денисовского человека, прочтенный вчерне в 2010 году, удалось отсеквенировать «набело» (с 30‑кратным покрытием) благодаря новым методам работы с древней ДНК. Анализ денисовского генома подтвердил, что сапиенсы после своего выхода из Африки скрещивались с архаичным евразийским населением — неандертальцами и денисовцами. Исследование также показало, что денисовцы были малочисленной популяцией с крайне низким уровнем генетического разнообразия. Важнейшим результатом является составление подробного каталога генетических изменений, закрепившихся у сапиенсов после их отделения от общих с денисовцами предков. Некоторые из этих изменений затронули гены, влияющие на работу нейронов и развитие мозга. Это значит, что между психикой сапиенсов и денисовцев могли быть генетически обусловленные различия.
1. От «черновика» к «чистовику»
30 августа на сайте журнала Science появилась долгожданная статья, в которой коллектив палеогенетиков, возглавляемый Сванте Пеэбо из института Эволюционной антропологии им. Макса Планка в Лейпциге, сообщил, что им удалось радикально повысить качество прочтения денисовского генома. Теперь он отсеквенирован со средним покрытием 31 (99,4% нуклеотидов прочтено не менее 10 раз, 92,9% — не менее 20) и не уступает по качеству отсеквенированным геномам ныне живущих людей. Правда, это относится лишь к наиболее «осмысленной» части генома (размером в 1,86 миллиардов пар нуклеотидов из примерно трех миллиардов), в которой преобладают уникальные последовательности (а не повторы). Дело в том, что ДНК сохраняется в ископаемых костях в основном в виде коротеньких обрывков длиной в несколько десятков нуклеотидов. Если последовательность нуклеотидов в таком обрывке не уникальна, то ее нельзя «картировать», то есть привязать к какому-то конкретному месту в геноме.
Тем не менее, содержательная часть денисовского генома, к которой принадлежат практически все белок-кодирующие гены и важнейшие регуляторные участки, теперь реконструирована с поразительной точностью. Этого удалось добиться благодаря новой методике работы с древней ДНК, которую изобрел первый автор статьи Маттиас Майер (Matthias Meyer). По его словам, «никто не ожидал, что удастся получить такой высококачественный геном древнего человека. Все были шокированы результатом, включая меня».
2. Новый способ секвенирования древней ДНК
Ископаемые кости обычно сильно загрязнены современной ДНК, в основном бактериальной, так что доля подлинной древней ДНК составляет всего несколько процентов. В фаланге из Денисовой пещеры содержание древней ДНК исключительно высокое (70%), однако в распоряжении исследователей был лишь крошечный фрагмент этой косточки, поэтому было очень важно ничего не потерять.
До сих пор палеогенетики пользовались технологиями секвенирования, разработанными для современных организмов. Эти методы ориентированы на работу с молекулами ДНК в их «стандартной» конфигурации, то есть в форме двойной спирали. Однако многие фрагменты древней ДНК, выделенные из ископаемых костей, частично или полностью распадаются на одиночные нити, или одна из нитей двойной спирали оказывается повреждена. До сих пор в ходе палеогенетических исследований такие фрагменты терялись. Разработанная Мейером методика позволяет их поймать и отсеквенировать наряду с обычными, двухнитевыми фрагментами. Для этого к 3’‑концам одноцепочечных фрагментов древней ДНК присоединяют биотинилированные (то есть связанные с биотином, см. biotinylation) олигонуклеотиды — «адаптеры». Адаптер затем используется в качестве праймера (затравки) для синтеза недостающей комплементарной цепи ДНК на матрице исходного одноцепочечного фрагмента, который в итоге становится двухцепочечным, после чего его можно секвенировать стандартными методами (подробное описание методики приведено в дополнительных материалах к обсуждаемой статье). Новая методика позволила на порядок увеличить количество древней ДНК, доступной для секвенирования, что и обеспечило успех предприятия.
3. Новые датировки
Для сравнения авторы отсеквенировали (с покрытием от 24 до 33) геномы 11 современных людей: пятерых африканцев, двух европейцев, трех азиатов и южноамериканского индейца. Сравнение всех этих геномов между собой и с геномом денисовской девочки показало, что предки сапиенсов и денисовцев отделились друг от друга в промежутке от 170 до 700 тысяч лет назад. Столь низкая точность связана с тем, что недавние исследования заставили усомниться в имеющихся оценках скорости мутирования у людей, а не зная скорость мутирования, нельзя откалибровать «молекулярные часы», используемые для вычисления времени расхождения популяций.
Авторы обнаружили, что денисовский геном чуть больше похож на геном шимпанзе, чем геномы современных людей (между геномами денисовца и шимпанзе на 1,16% меньше различий). Скорее всего, это объясняется тем, что у современных людей было больше времени на накопление отличий от шимпанзе, чем у денисовской девочки, жившей несколько десятков тысячелетий назад. Если это так и если скорость накопления изменений в ДНК была примерно постоянной (допущение, лежащее в основе принципа «молекулярных часов»), то данную величину (1,16%) можно использовать для датирования денисовской фаланги. Если предки людей и шимпанзе разделились 6,5 млн лет назад и от этого момента до смерти денисовской девочки прошло на 1,16% меньше времени, чем до современности, то получается, что возраст находки — примерно 75 тысяч лет. Это, пожалуй, первая серьезная попытка использовать палеогенетические данные для датировки ископаемых остатков, и мы пока ничего не можем сказать о надежности такого метода. Материалы из Денисовой пещеры пока не удается датировать с достаточной точностью стандартными способами. До сих пор возраст слоя, в котором была найдена фаланга, приблизительно оценивался в 30–50 тысяч лет (см. Человек из Денисовой пещеры оказался не сапиенсом и не неандертальцем, «Элементы», 27.03.2010). Если дальнейшие исследования подтвердят, что возраст косточки ближе к 75 000 лет, чем к 50 000, это станет серьезным аргументом в пользу правомочности нового «палеогенетического» метода датирования.
4. Новые данные о гибридизации сапиенсов с архаичными евразийскими популяциями
Анализ подтвердил, что некоторые популяции древних сапиенсов, а именно предки современных папуасов и австралийцев, скрещивались с денисовцами и унаследовали от них до 6% своей ДНК. В геномах других азиатских народов заметных денисовских примесей не обнаружено.
Некоторые результаты оказались неожиданными. Так, авторы обнаружили, что у жителей Северного и Южного Китая, а также у южноамериканского индейца больше общих аллелей с денисовцами, чем у европейцев. При этом большая часть «избыточных» архаичных аллелей в геномах жителей Восточной Азии роднит их не только с денисовцами, но и с неандертальцами, поскольку эти аллели одинаковы у неандертальцев и денисовцев. Таким образом, они указывают скорее на неандертальскую, чем на денисовскую примесь. Ранее было установлено, что внеафриканские сапиенсы скрещивались с неандертальцами вскоре после своего выхода из Африки. Было это, скорее всего, на Ближнем Востоке. Новые данные позволяют предположить дополнительный (второй) эпизод гибридизации сапиенсов с неандертальцами в Восточной Азии, в котором участвовали предки современных китайцев и индейцев. Для окончательного прояснения этого вопроса, по-видимому, придется подождать, пока Пеэбо и его коллеги отсеквенируют неандертальский геном так же качественно, как денисовский.
Еще один неожиданный результат состоит в том, что в геноме папуаса участки денисовского происхождения на Х‑хромосоме встречаются реже, чем на остальных хромосомах (аутосомах). Этот факт можно объяснить по-разному. Он может означать, что в гибридизации принимали участие со стороны сапиенсов в основном женщины, а со стороны денисовцев — мужчины, или что между двумя популяциями в то время уже существовала частичная генетическая несовместимость, и поэтому естественный отбор впоследствии удалил из папуасского генофонда значительную часть денисовских фрагментов Х‑хромосомы (внутригеномные конфликты сильнее проявляются и потому «заметнее» для отбора, если конфликтующие гены сидят на Х‑хромосоме).
5. Денисовцы были малочисленны и генетически однообразны
Высокий уровень «покрытия» при секвенировании денисовского генома позволил авторам с большой точностью оценить степень гетерозиготности денисовской девочки, то есть уровень различий между генами, полученными ею от отца и матери. Этот уровень оказался впятеро ниже, чем у современных африканцев, вчетверо ниже, чем у современных европейцев и азиатов, и почти втрое ниже, чем у южноамериканского индейца (народность каритиана, к которой принадлежит этот индеец, отличается крайне низким уровнем гетерозиготности). Короче говоря, родители денисовской девочки генетически очень мало отличались друг от друга.
Теоретически, этот результат можно было бы объяснить тем, что девочка родилась от близкородственного брака. Но тогда в ее геноме присутствовали бы многочисленные длинные участки, полностью лишенные гетерозиготных локусов, чего не наблюдается. Следовательно, дело тут не в близком родстве родителей девочки, а в крайне низком уровне генетического разнообразия популяции денисовцев.
Недавно были разработаны статистические методы, позволяющие на основе анализа одного-единственного генома оценить изменения численности популяции в прошлом (Li, Durbin, 2011. Inference of human population history from individual whole-genome sequences // Nature. V. 475. Pp. 493–496). Применив эти методы к анализируемым геномам, авторы пришли к выводу, что численность предков современных людей и денисовцев в глубокой древности (500 тысяч и более лет назад) менялась синхронно. Очевидно, это была одна и та же, еще не разделившаяся популяция. Позже, примерно 250–125 тысяч лет назад, численность предков современных народов стала быстро расти, а предки денисовцев, напротив, сократились в числе и оставались малочисленными вплоть до эпохи, когда жила денисовская девочка. Примерно 100–50 тысяч лет назад предки нынешних европейцев и азиатов прошли через «бутылочное горлышко», то есть испытали резкое снижение численности, соответствующее выходу из Африки небольшой группы мигрантов — предков современного внеафриканского человечества. Предки современных африканских народов, оставшиеся на родине, в это время испытали менее выраженное снижение численности.
Если денисовцы действительно были малочисленнее древних сапиенсов, это должно было отразиться на эффективности действовавшего на них отбора. Известно, что в маленьких популяциях естественный отбор хуже справляется с отбраковкой слабовредных мутаций. Эффективность этой отбраковки можно оценить по соотношению значимых и незначимых (синонимичных) нуклеотидных замен в белок-кодирующих генах. Слабый очищающий отбор должен приводить к ускоренному накоплению значимых замен (потому что большинство значимых мутаций, как известно, вредны). Следовательно, если денисовцы были малочисленнее сапиенсов, то у первых доля значимых замен должна быть выше, чем у вторых. Так и оказалось: у денисовцев отношение значимых замен к незначимым в белок-кодирующих последовательностях в 1,5–2,5 раза выше, чем у сапиенсов. Этот результат — дополнительное свидетельство в пользу низкой численности популяции денисовцев.
6. Каталог различий
В геноме человека известны полиморфные нуклеотидные позиции (нуклеотиды, которые могут быть разными у разных индивидов), по которым можно судить о таких фенотипических признаках, как цвет кожи, волос и глаз. Если соотношение между этими генетическими вариантами и внешними признаками у денисовцев было таким же, как у сапиенсов (что весьма вероятно, хотя и не известно наверняка), то девочка из Денисовой пещеры была брюнеткой с карими глазами и смуглой кожей без веснушек.
Авторам удалось показать, что у денисовцев, как и у сапиенсов, было 23 пары хромосом, а не 24, как у шимпанзе и других человекообразных обезьян. Известно, что вторая хромосома человека возникла путем слияния двух предковых хромосом. Следы этого события сохранились в структуре второй хромосомы: в ее средней части имеются две сомкнутые повторяющиеся последовательности, характерные для теломер — концевых участков хромосом. Этот уникальный стык двух теломерных последовательностей обнаружен и в денисовском геноме. Следовательно, две предковые хромосомы слились еще до разделения линий сапиенсов и денисовцев.
Пожалуй, самым важным результатом исследования является составление полного каталога генетических изменений, которые произошли у наших предков-сапиенсов после их отделения от предков денисовцев. В каталог попали те нуклеотидные позиции, которые у денисовцев остались в «предковом» состоянии (как у шимпанзе), а у современных сапиенсов изменились, причем эти изменения либо зафиксировались в человеческой популяции, либо почти зафиксировались, то есть достигли высокой частоты (имеются у большинства современных людей). Аналогичный список уникальных «продвинутых» аллелей был составлен и для денисовского генома, но он не так ценен, потому что нам пока известен геном только одного денисовца и мы не можем отличить аллели, характерные для всех денисовцев, от индивидуальных генетических особенностей одной конкретной девочки.
Каталог наших недавних генетических «приобретений», составленный авторами, включает 111 812 однонуклеотидных замен и 9499 вставок (инсерций) или выпадений (делеций). Это то, что отличает современных людей от общих с денисовцами предков, живших несколько сотен тысячелетий назад. Подавляющее большинство этих мутаций затронули участки генома, не имеющие существенного функционального значения. Лишь 260 из них привели к замене аминокислоты в белке, еще 72 могли повлиять на сплайсинг; наконец, 35 мутаций находятся в известных регуляторных участках и могли повлиять на регуляцию работы генов.
Но даже и из этого весьма небольшого числа потенциально важных мутаций большая часть, скорее всего, не оказала заметного влияния на фенотип. По-настоящему важными могут оказаться 23 мутации, затронувшие наиболее консервативные участки белок-кодирующих последовательностей (то есть такие участки, которые в ходе эволюции приматов менялись очень редко или не менялись вовсе). Интересно, что 8 из этих 23 специфичных для нашего вида мутаций закрепились в генах, связанных с развитием нервной системы, передачей нервных импульсов и работой мозга. В частности, у наших предков после их отделения от предков денисовцев изменились гены ADSL и CNTNAP2, для которых показана связь с аутизмом. Ген CNTNAP2 также связан с нарушениями речи и находится под контролем знаменитого гена-регулятора FOXP2 (см. «Ген речи» FOXP2 оказался регулятором высокого уровня, «Элементы», 18.11.2009). Это позволяет предположить, что какие-то наши умственные и психические особенности еще продолжали эволюционировать после разделения предков сапиенсов и денисовцев и что мы, следовательно, чем-то отличаемся от денисовцев в этом плане.
Изменения также произошли в нескольких генах, связанных со зрением, кожей и зубами. Детальный анализ и выявление функциональной роли выявленных генетических изменений — дело будущего. Это поможет понять, почему сапиенсы в итоге заселили весь мир, а денисовцы и неандертальцы вымерли, оставив лишь маленький след в генофонде современного человечества.
Источники:
1) Matthias Meyer, Martin Kircher, Marie-Theres Gansauge, et al. A High-Coverage Genome Sequence from an Archaic Denisovan Individual // Science. Published Online August 30, 2012.
2) Ann Gibbons. A Crystal-Clear View of an Extinct Girl’s Genome // Science. 2012. V. 337. P. 1028–1029.