3 ВИДА ЛЮДЕЙ, ИЗ КОТОРЫХ ВЫЖИЛ ОДИН

Так что женихи и невесты, наверное, смотрели друг на друга если не с отвращением, то с удивлением, иногда с некоторым любопытством. Тем не менее мы получили от этих вымерших человечеств генетическое наследие, а недавно еще и научились находить его в своих геномах. В каждом из жителей Евразии в среднем около 2% от неандертальцев, а у некоторых азиатских народов еще немного от денисовцев. В геномах африканцев этих примесей нет или очень мало, зато есть другие, полученные от каких-то неизвестных, вымерших африканских людей (о них я кое-что рассказывал в предыдущей лекции). Что нам дали эти примеси? Над этими увлекательными вопросами продолжают биться палеогенетики и специалисты по сравнительной геномике.

Почему сапиенсы, неандертальцы и денисовцы не слились, а сохранили, вероятно, до самого конца, то есть до вымирания неандертальцев и денисовцев, свою генетическую идентичность и обособленность? Ту самую обособленность, благодаря которой мы можем уверенно говорить, что вот это — неандерталец, то — денисовец, а это — точно сапиенс.

По-видимому, что-то все же мешало им слиться, причем это «что-то» не имело отношения к их готовности скрещиваться друг с другом. Любовь, как известно, зла, полюбишь и козла. Скорее всего, причина была в пониженной жизнеспособности или плодовитости гибридов.iэто называют частичной постзиготической репродуктивной изоляцией За время раздельного существования три популяции успели накопить в своих генофондах несовместимые (конфликтующие) аллели (варианты генов), и поэтому их все-таки правильнее считать разными видами людей.

Спеша использовать новые возможности, открывшиеся в связи с появлением качественного неандертальского генома, Сванте Пэабо, Дэвид Райх и их коллеги просканировали геномы 1004 современных людей в поисках неандертальских примесей. Для этого была разработана специальная компьютерная программа, оценивающая вероятность неандертальского происхождения любого выбранного участка генома.

В итоге удалось составить реестр неандертальских вкраплений в 1004 современных геномах. Оказалось, что неандертальские примеси распределены по геномам внеафриканских сапиенсов неравномерно. В некоторых участках хромосом азиатов и европейцев неандертальский вклад достигает 62–64%, тогда как в других он полностью отсутствует.

Главное достижение состояло в том, что ученые обнаружили четкие указания на частичную репродуктивную несовместимость неандертальцев и сапиенсов. Судя по всему, большая часть привнесенного неандертальского генетического материала оказалась для сапиенсов не полезной, а вредной. Чужеродные гены не вписались в сапиентный генетический контекст и снизили приспособленность гибридного потомства. То есть от осинки не родятся апельсинки. Естественный отбор в последующие эпохи постепенно отбраковывал эти неудачные заимствования. По расчетам ученых, сразу после гибридизации доля неандертальских генов у внеафриканских сапиенсов составляла от 3 до 6%. К настоящему времени она, как помним, снизилась под действием очищающего отбора примерно до 2%.

Как это выглядит на практике? Во-первых, у современных европейцев, азиатов и коренных американцев доля сохранившихся неандертальских фрагментов оказалась максимальной в самых ненужных участках генома, то есть там, где меньше всего работающих генов и регуляторных последовательностей. Наоборот, в самых важных участках генома неандертальских примесей меньше всего.

Из некоторых участков неандертальские заимствования были вычищены отбором полностью. Прежде всего это касается наших ораторских способностей. Один из таких зачищенных участков, где у современных людей вообще нет неандертальских примесей, включает ген FOXP2. Его повреждения приводят к проблемам с речью.

Белок, кодируемый геном FOXP2, у неандертальцев был такой же, как у нас (и не такой, как у шимпанзе и других обезьян). Но вот в регуляторной области этого гена у сапиенсов закрепилась мутация, которой не было у неандертальцев. Это повлияло на что-то важное, судя по тому, как тщательно вычистил отбор неандертальские аллели из этого участка генома внеафриканских сапиенсов. Неандертальцы владели речью. Но вот то, как (или что) они говорили, кажется, плохо сочеталось с представлениями сапиенсов о прекрасном. Скорее всего, они мычали себе под нос что-то невнятное.

Во-вторых, неандертальских заимствований в Х-хромосоме оказалось намного меньше, чем в неполовых хромосомах (аутосомах). Это означало, что мужчины смешанного сапиентно-неандертальского происхождения, по-видимому, оставляли в среднем меньше жизнеспособного потомства по сравнению с чистокровными конкурентами. Ученые установили, что такие особи просто хуже производили сперматозоиды. В отместку естественный отбор впоследствии вычистил у сапиенсов неандертальские примеси, негативно влияющие на производство сперматозоидов.

Этот результат резко контрастирует с полным отсутствием каких бы то ни было признаков генетической несовместимости между современными человеческими популяциями, даже разошедшимися довольно давно, например, между европейцами и черными африканцами. Мы с неандертальцами и денисовцами были все-таки как марсиане с пандорцами. Любовь, конечно, зла, и древних людей понять можно, но последствия этой страсти природу явно не устраивали.

Изучая геномы неандертальцев и денисовцев и сравнивая их с нашими, мы когда-нибудь окончательно поймем, почему они вымерли, а мы все еще здесь. Однако нужно помнить, что эти виды эволюционировали и здравствовали в течение сотен тысяч лет. Вся наша цивилизация — мгновение по сравнению с их историей. Они адаптировались к таким условиям и заселили такие климатические зоны, о которых никакой примат до них и помыслить не смел. Следовательно, в их биологии были какие-то сильные стороны, позволявшие им адаптироваться к жизни на широких, переменчивых и разнообразных ландшафтах Евразии. Поэтому сапиенсам, получившим в результате скрещиваний с денисовцами и неандертальцами часть их генетического материала, могли достаться и какие-то их адаптивные свойства. Поиск адаптивного наследия денисовцев и неандертальцев — интригующая тема для исследований. И они были развернуты сразу же после опубликования черновых неандертальских и денисовского ядерных геномов.

Например, уже в 2011 году было проведено исследование, касающееся генов, ответственных за борьбу с вирусными инфекциями, а также с переродившимися клетками собственного организма. В науке эти человеческие «средства ПВО» называют главным комплексом гистосовместимости (ГКГ). Всего у человека за защиту от вирусов отвечают три гена ГКГ класса I, называются они HLA-A, HLA-B и HLA-C и располагаются все вместе, единым кластером, на шестой хромосоме. Гены ГКГ класса I чрезвычайно полиморфны, то есть, грубо говоря, каждый из них присутствует в генофонде в виде сотен вариантов (аллелей). Это ответ природы на разнообразие вирусов, постоянно штурмующих наш организм.

Не исключено, что разнообразие генов ГКГ дополнительно поддерживается половым отбором, потому что многие позвоночные выбирают партнеров на основе индивидуального запаха, который сильно определяется набором пептидов ГКГ, причем предпочтение часто отдается запаху, не схожему со своим собственным. Поэтому, когда вам нравится ее или его запах, решение скорее всего принимаете не вы. Это природа запасливо дает преимущество редким аллелям ГКГ, чтобы ваше потомство поменьше болело. В том же направлении — на увеличение разнообразия защитных белков — действует и отбор, осуществляемый эпидемиями вирусных заболеваний. Вирусы приспосабливаются к самым распространенным вариантам защитных белков своих жертв, приобретают способность преодолевать эту защиту, и тогда преимущество получают носители редких вариантов. Грубо говоря, счастливых обладателей таких белков ничто не берет.

Логично предположить, что среди неандертальских и денисовских генов, попавших в генофонд внеафриканских сапиенсов, нашим предкам могли особенно пригодиться какие-то аллели ГКГ. Ведь вышедшие из Африки сапиенсы наверняка были хуже приспособлены к местным инфекциям, чем коренные обитатели Евразии. Поэтому такое заимствование могло оказаться для них полезным.

Чтобы проверить эту гипотезу, ученые сопоставили набор аллелей генов HLA-A, HLA-B и HLA-С у девочки из Денисовой пещеры и трех неандертальцев из Хорватии с разнообразием аллелей этих генов в нынешнем человечестве.

Почти все аллели ГКГ класса I, обнаруженные у неандертальцев и денисовки, встречаются в генофонде современного человечества, причем многие из них распространены только за пределами тропической и южной Африки. Это согласуется с гипотезой о том, что эти аллели были заимствованы нашими предками у неандертальцев и денисовцев: иначе трудно объяснить, почему их нет у коренных африканцев.

Некоторые аллели ГКГ, заимствованные внеафриканскими сапиенсами у денисовцев и неандертальцев, оказались полезными и были поддержаны отбором. Это видно по тому, как часто они встречаются. Так, суммарная частота встречаемости всех предположительно заимствованных аллелей HLA-A кое-где в Восточной Азии превышает 60%, а в горных районах Новой Гвинеи приближается к 100%. Один из широко распространенных заимствованных аллелей (он называется HLA-A*11) обеспечивает эффективную защиту от вируса Эпштейна-Барр. О функции других мы пока ничего не знаем.

В 2014 году международная команда генетиков под руководством Расмуса Нильсена из Центра эволюционной геномики Калифорнийского университета в Беркли изучила еще один яркий пример удачного (поддержанного отбором) заимствования чужого аллеля предками современных людей. Мы уже упоминали об этой истории, когда говорили про тибетского денисовца. Речь идет о гене EPAS1. Он помогает людям адаптироваться к пониженному уровню кислорода, регулирует давление в сосудах, а также развитие и работу сердечной мышцы.

Исследование показало, что у современных тибетцев распространены особые аллели этого гена, которые увеличивают количество гемоглобина в эритроцитах. Число эритроцитов остается при этом прежним. Носители «тибетских» вариантов имеют повышенный уровень гемоглобина, на какой бы высоте они ни жили.

Встречаются ли эти «высокогорные» аллели у других народов? К тибетцам наиболее близки (и территориально, и исторически) китайцы. Поэтому ученые сравнили участок ДНК с геном EPAS1 у 40 китайцев и 40 тибетцев. Результат — ноль. Грубо говоря, китайцам в Тибете будет худо. Тогда ученые взяли данные по этому гену из мировых коллекций по представителям разных рас. Тут улов был снова нулевым. Больше ни у кого его не было. Хотя нет — нашелся, и тут нужно бы поставить большой восклицательный знак. Геном с четкой тибетской росписью принадлежал не современному человеку, а денисовцу, той самой девочке из Денисовой пещеры. Таким образом, у современных тибетцев и древних денисовцев была общая адаптация к высокогорной гипоксии.

Как получилось, что денисовский вариант EPAS1 достался только тибетцам? Расчеты показали, что наиболее вероятен сценарий, согласно которому денисовцы скрещивались с предками китайцев и тибетцев и оставили смешанное потомство, в одной из ветвей которого в силу адаптивного преимущества распространились денисовские аллели гена EPAS1, а в другой эти аллели были почти полностью утрачены за ненадобностью.

Зачем самим денисовцам понадобились «высокогорные» варианты EPAS1, сначала было непонятно. Они жили на уровне 700 м над морем. Этот вопрос прояснился с открытием тибетского денисовца, когда стало ясно, что некоторые денисовцы на самом деле жили высоко в горах.

Конечно, жизнь неандертальцев была мрачной, скучной и короткой. У них, как помним, в отличие от сапиенсов не было ни музыки, ни красных платьев (долгое время). Не знали они и толчеи модных мест. Популяции неандертальцев оставались весьма малочисленными. Одни и те же лица, одни и те же разговоры, все у всех на виду. Любой на этом фоне впадет в депрессию. Но дело, разумеется, не в этом. По сравнению с Африкой в Евразии другой режим освещенности. Зимой дни короче, летом — длиннее.

Нам известны неандертальские аллели, наличие которых чуть-чуть повышает риск депрессии у современных европейцев. Любопытно, что эти неандертальские генетические варианты, по-видимому, влияют на активность генов, функции которых связаны с суточными (по науке —циркадными) ритмами. Можно предположить, что сапиенсам когда-то пригодились эти неандертальские аллели. Вероятно, заимствованные у неандертальцев гены помогли пришельцам перенастроить свои «биологические часы». Ну а потом, с развитием цивилизации и электрического освещения, то, что было полезно охотникам-собирателям, могло не подойти к новым условиям жизни и стать вредным: например, повысить вероятность депрессии. Ведь известно, что эта вероятность связана в том числе с режимом освещенности и, наверное, со способностью организма к нему подстраиваться.

Дальнейшие исследования показали, что у сапиенсов и древних евразийцев (неандертальцев и денисовцев) за время раздельной жизни на разных континентах накопилось особенно много различий в генах, связанных с регуляцией суточных ритмов. Когда сапиенсы начали заселять высокоширотные регионы, им потребовалась перенастройка биологических часов. В этом сапиенсам помогли неандертальские гены, полученные в результате гибридизации. Любопытно, что поддержанные отбором у сапиенсов неандертальские генетические варианты повышают вероятность того, что их носитель будет «жаворонком». Возможно, это связано с тем, что жаворонки (обладатели раннего хронотипа, если выражаться более строго) легче адаптируются к сезонным изменениям светового режима.

В 2020 году, в разгар коронавирусной эпидемии, генетики нашли участок человеческого генома, нуклеотидные вариации в котором значимо влияют на шансы заболеть тяжелой формой COVID-19. Этот фрагмент третьей хромосомы включает шесть генов и встречается у современных людей в нескольких вариантах, один из которых во время пандемии повышал вероятность попасть в больницу с тяжелой формой COVID-19 примерно в 1,6 раза. Палеогенетики Сванте Пэабо и Хуго Цеберг показали, что этот аллель риска имеет неандертальское происхождение. Частота встречаемости аллеля риска сильно варьирует в зависимости от региона. В Африке и Восточной Азии она близка к нулю, в Европе составляет 8%, в Южной Азии — 30%. Максимальная частота отмечена в Бангладеш — 38%. Объяснить столь большие различия можно только сильным отбором, который действовал по-разному в разных регионах. Логично предположить, что главным фактором отбора были какие-то патогены, то есть возбудители болезней. Может быть, неандертальский аллель, снижающий сопротивляемость новой коронавирусной инфекции, подвергался отрицательному отбору в Китае во время каких-то прежних эпидемий, вызванных другими коронавирусами, а в дельте Ганга на него действовал положительный отбор, потому что он обеспечивал защиту от каких-то других патогенов.

Так или иначе, жизнь древних людей продолжается в нас, и палеогенетика, возможно, в ближайшее время обнаружит еще много интересного, что позволит нам лучше разобраться даже не в них, а в самих себе.