ДНК вымерших: как кости неандертальцев принесли биологу Нобелевскую премию

Этапы большого пути

Человек разумный относится к семейству гоминидов и подсемейству гомининов. К этому же подсемейству относятся многочисленные вымершие предки и родственники Homo sapiens.

Наш последний общий с шимпанзе предок жил в Африке 6–7 млн лет назад. Более 4 млн лет назад появился австралопитек — предковый для человека род. Около 2,5 млн лет назад из поздних австралопитеков выделился род Homo. Не позже чем 1,8 млн лет назад люди вида Homo erectus вышли из Африки и начали расселение по Земле. В Евразии от них произошел целый ряд человеческих видов, в том числе неандертальцы и денисовцы. Тем временем на Черном континенте эволюция шла своим чередом и породила Homo sapiens. Древнейшие известные останки сапиенса имеют возраст около 300 000 лет. Представители Homo sapiens вышли из Африки и расселились по всему миру. Остальные человеческие виды при этом ушли в историю.

Насколько неандертальцы и другие коренные жители Евразии отличались от нас генетически? Были ли они ассимилированы пришедшими из Африки сапиенсами? А если нет, то есть ли в современном человеке хотя бы крупица генов древних евразийских видов? Ответами на все эти вопросы мы обязаны нынешнему лауреату.

Взлом ДНК

Извлечь из древних костей геном и прочитать его — задача, грандиозная не только по важности, но и по трудности. Молекула ДНК хрупкая, со временем она распадается и подвергается химическим превращениям. Спустя десятки тысяч лет в образцах остается лишь едва заметное количество исходной ДНК. Зато в изобилии имеется привнесенная извне ДНК микробов, современного человека и других видов. 

Сванте Паабо, родившийся в 1955 году, начал работать над этой проблемой еще в студенческие годы, когда даже до расшифровки генома современного человека было далеко. Труд ученого затянулся на десятилетия. В 1997-м Паабо добился впечатляющего успеха — расшифровал митохондриальную ДНК из кости неандертальца, найденной еще в XIX веке.

Поясним, о чем речь. Почти вся ДНК клетки человека находится в ее ядре. Но митохондрии — внутриклеточные структуры, снабжающие клетку энергией, — имеют свой собственный геном. Дело в том, что миллиарды лет назад митохондрии были отдельными организмами, заселившимися в клетки на правах симбиоза. Митохондриальная ДНК очень короткая и потому не слишком информативная. Зато ее проще извлечь и расшифровать: в клетке тысячи митохондрий, и внутри каждой есть молекула ДНК, и все эти молекулы идентичны друг другу. Как будто одно слово напечатано на странице несколько тысяч раз. Даже если время стерло почти весь текст, остается шанс восстановить заветное слово. Конечно, это проще сказать, чем сделать, но Паабо и его соавторы справились.

Вопросы крови

В 1999 году будущий лауреат основал Институт эволюционной антропологии общества Макса Планка. Ученый собрал команду единомышленников и взялся за расшифровку «настоящего» неандертальского генома — из ядра клетки. Ученые упорно совершенствовали методы выделения и анализа древней ДНК. И наконец, в 2010 году ядерный геном неандертальца был расшифрован.

Ученые сравнили геномы неандертальца и современного человека и выяснили немало любопытного. Неандертальские гены у нас есть, но их немного: по разным подсчетам, 1–4% генома. Значит, неандертальцы не были ассимилированы сапиенсами, но все же время от времени скрещивались с ними. Исключение составляют коренные африканцы: у них нет неандертальских генов. Это и неудивительно, учитывая, что неандертальцы — евразийский вид. Другими словами, коренные жители Черного континента и есть последние чистокровные Homo sapiens.

Гены неандертальцев — не просто сувенир от вымершего вида. Они участвуют, например, в формировании нашей иммунной системы.

Загадка из алтайской пещеры

В 2008 году в Денисовой пещере на Алтае была обнаружена фаланга пальца возрастом около 40 тысячелетий. По столь малому фрагменту трудно было установить, к какому виду принадлежал древний обитатель пещеры. К счастью, в ископаемой кости на удивление хорошо сохранилась ДНК. Команда Паабо в 2010 году расшифровала этот геном. Оказалось, что он не принадлежит ни сапиенсу, ни неандертальцу. Так был открыт еще один евразийский человеческий вид — денисовский человек, или денисовец. 

Ни одного сколько-нибудь полного скелета денисовца нет до сих пор. Находки фрагментарны: та самая фаланга, зубы, небольшой кусочек черепа. Однако гены могут многое сказать нам о его истории. Денисовцы, по всей видимости, широко расселились по Азии, в отличие от неандертальцев, обитавших преимущественно в Европе. Денисовский человек скрещивался и со своими соседями неандертальцами, и с пришедшими в Азию сапиенсами, причем с последними — как минимум дважды. Население Юго-Восточной Азии и сегодня несет в себе гены денисовского человека. Именно от него жители Тибета унаследовали свой вариант гена EPAS1, помогающий им жить на большой высоте.

Палеогенетические методы, созданные Паабо, применяются и для анализа ДНК вымерших животных, например мамонтов. Они постоянно совершенствуются и позволяют нам все глубже проникать в прошлое нашего и других видов.