3 ВИДА ЛЮДЕЙ, ИЗ КОТОРЫХ ВЫЖИЛ ОДИН

В результате сложных и длительных исследований ученым в 2012 г. удалось прочитать геном денисовского человека и сравнить его с другими геномами. Были выбраны геномы 11 современных людей: пятерых африканцев, двух европейцев, трех азиатов и южноамериканского индейца. Оказалось, что денисовский геном чуть больше похож на геном шимпанзе, чем геномы современных людей: между геномами денисовца и шимпанзе на 1,16% меньше различий. Это объясняется тем, что у современных людей было больше времени на накопление нейтральных отличий от шимпанзе, чем у денисовской девочки, жившей десятки тысячелетий назад. По последним данным, она жила 52–76 тысяч лет назад.

Как мы получили эту дату? Все дело в молекулярных часах. Скорость накопления изменений в ДНК является примерно постоянной и составляет 1,16%. 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 была первая серьезная попытка использовать палеогенетические данные для датировки ископаемых остатков. На тот момент еще ничего нельзя было сказать о надежности такого метода. Дальнейшие исследования подтвердили, что он неплохо работает.

Анализ показал, что некоторые популяции древних сапиенсов, а именно предки современных папуасов, скрещивались с денисовцами и унаследовали от них до 6% своей ДНК. В геномах других азиатских народов денисовских примесей тогда не обнаружили. Позже выяснилось, что менее значительная, но все же существенная примесь денисовской ДНК есть в геномах жителей Восточной Азии, в том числе китайцев и японцев, а также коренных американцев. Вероятно, если западная часть Евразии была неандертальской, то на восток от Алтая господствовали денисовцы.

Итак, в 2012 году стал известен геном одного представителя странной популяции, о которой не было практически никаких дополнительных сведений. Что можно узнать о неведомых людях по одному тщательно прочитанному геному? Как выяснилось, не так уж мало.

Например, удалось оценить численность популяции, родной для той девочки. Для этого нужно было понять, насколько близки по геномам были ее родители. Если родители генетически мало отличались друг от друга, то у их дочери аллелиiварианты одного и того же гена большинства генов окажутся одинаковыми. Значит, популяция была маленькой. Если они различались сильно, то их родительский генетический вклад был более разнообразным. Это называют высоким уровнем гетерозиготности. Он характерен для крупных популяций.

Уровень гетерозиготности денисовской девочки оказался впятеро ниже, чем у современных африканцев, вчетверо ниже, чем у современных европейцев и азиатов, и почти втрое ниже, чем у южноамериканских индейцев из народности каритиана, которая отличается крайне низким уровнем гетерозиготности, то есть почти не смешивается с чужаками. Конечно, родители нашей девочки могли приходиться друг другу очень близкими кровными родственниками, чуть ли не братом и сестрой. Однако идентичные участки в родительских геномах девочки были хоть и многочисленными, но короткими. Они словно успели «покрошиться». Соответственно, ученые предпочли другой вариант — родители происходили из разных семей и не имели недавних общих предков, но вся популяция, к которой они принадлежали, была такой маленькой, что ее члены волей-неволей должны были в течение многих поколений скрещиваться с не очень дальними родственниками. Общий уровень генетического разнообразия в такой популяции должен быть низким.

Обитателей денисовой пещеры, наверное, можно сравнить с узким миром монарших семей Европы накануне Первой мировой войны, которые находились в близком родстве друг с другом благодаря многочисленным бракам в разных поколениях. У них уровень гетерозиготности, надо полагать, был тоже ниже, чем у южноамериканских индейцев каритиана (хотя кто считал?!). Впрочем, судя по тому, какую катастрофу эти монаршие семьи устроили в Первую мировую, они, в принципе, не очень далеко ушли от пещерных денисовцев.

Но это еще далеко не все, на что способна современная сравнительная геномика. Существуют статистические методы, позволяющие на основе анализа одного-единственного генома оценить изменения численности популяции в прошлом. Идея состоит в следующем. Взяв геном любого человека, состоящий из материнской и отцовской половин, можно подсчитать число мутаций, отличающих эти две половинки. Так мы поймем, насколько геном матери отличался от генома отца. Ту же операцию можно проделать по отдельности для каждого небольшого фрагмента генома. Потом для каждого фрагмента по числу различий в двух половинках можно прикинуть время существования общего предка. Не предка «вообще», а предка именно для данного фрагмента генома. То есть человека, от которого мать и отец обладателя изучаемого генома унаследовали именно этот фрагмент.

Работает это так. В маленькой популяции велика вероятность, что два случайно выбранных генома являются близкими потомками одного и того же прародителя. Соответственно, чем чаще встречаются общие предки в том или ином временном интервале, тем меньше в то время была популяция, и наоборот — чем меньше одних и тех же предковых фрагментов оказалось в какое-то время, тем больше была популяция в этот период. В свою очередь, если мы в определенный момент наблюдаем «сгущение» предков, то можно смело утверждать, что в это время численность популяции была совсем небольшой, популяция проходила через «бутылочное горлышко».

Например, у внеафриканских сапиенсов такой пик приходится на период 50–90 тысяч лет назад — в это время небольшая группа мигрантов из Африки выбралась на просторы Евразии, чтобы дать начало современному населению Евразии, Австралии и Америки.

Применив этот подход к геному денисовской девочки, ученые пришли к выводу, что численность предков современных людей и денисовцев в глубокой древности (более 500 тысяч лет назад) менялась синхронно. Очевидно, это была одна и та же, еще не разделившаяся популяция. Позже, примерно 250–125 тысяч лет назад, численность сапиенсов (наших непосредственных предков, которые тогда еще жили только в Африке) стала быстро расти, а предки денисовцев, напротив, сократились в числе и оставались малочисленными вплоть до эпохи, когда жила денисовская девочка. То есть 52–76 тысяч лет назад.

Если денисовцы действительно были малочисленнее древних сапиенсов, это должно было отразиться на эффективности эволюционного отбора. Известно, что в маленьких популяциях естественный отбор хуже справляется с отбраковкой вредных мутаций. Полезные мутации накапливаются медленнее, а вредные — быстрее. То есть генетически малые группы уязвимее крупных. Неандертальцы, судя по всему, тоже не были многочисленной расой, по крайней мере на поздних этапах своего существования. Похоже, предки неандертальцев и денисовцев, выйдя из Африки и расселившись по Старому Свету, не очень-то процветали. Их было мало, они жили мелкими разрозненными группами, женились на близких родственниках (как родители Denisova 5) и с аппетитом поедали себе подобных.

Малочисленные неандертальцы и денисовцы проигрывали сапиенсам заочную эволюционную гонку еще и потому, что в маленьких обществах нет условий для быстрой культурной эволюции. Полезные знания в них медленнее накапливаются и чаще теряются.

Тем временем предки сапиенсов в Африке плодились, набирались ума и культуры, развивали мозг. И когда они вышли оттуда и устремились на просторы Евразии, то и тут продолжали процветать. Может быть, они едва замечали жалкие группки «выродков», попадавшихся им кое-где на новых территориях и вскоре исчезавших бесследно. Но эпизодические романтические контакты, как убедились ученые, между ними случались, и об этом сохранил память наш геном. Пожалуй, удивительно здесь не то, что эти контакты случались, а то, что случались в таком малом объеме. Это указывает на существование каких-то серьезных репродуктивных барьеров.

«Ты себя в зеркале видел?!» — представления о красоте и привлекательности к числу таких барьеров тоже, наверное, относятся, но все же сильно варьируются от столетия к столетию. О самых важных барьерах, разделявших древние виды людей, мы поговорим в завершающей лекции курса.

Вплоть до 2019 года почти все, что было известно о денисовцах, основывалось на древней ДНК из немногочисленных зубов и мелких косточек, найденных в одном-единственном месте — в Денисовой пещере на Алтае. Многие специалисты предполагали, что денисовцы жили не только в окрестностях Денисовой пещеры, а были широко распространены. Иначе как объяснить значительную примесь денисовских генов у папуасов? Или присутствие в геномах современных восточноазиатов следов контактов как минимум с двумя генетически различающимися популяциями денисовцев, а у папуасов — с одной из этих двух и еще с какой-то третьей? Кроме того, у денисовцев был обнаружен особый аллель (вариант) гена EPAS1, указывающий на адаптацию к высокогорью и распространенный у современных тибетцев (которые его от денисовцев, по-видимому, и унаследовали). Но Денисова пещера находится лишь в 700 метрах над уровнем моря — это не повод для развития навыков выживания в высокогорье.

Тем не менее все аргументы в пользу широкого распространения денисовцев в разных регионах Азии, включая высокогорные области, оставались косвенными, а единственной точкой, где присутствие денисовцев было доказано в явном виде, оставалась Денисова пещера. Статья за авторством 19 палеоантропологов и палеогенетиков из семи стран, опубликованная в 2019 году, радикально изменила эту ситуацию. В этой работе описан обломок нижней челюсти из карстовой пещеры Байшья, расположенной в уезде Сяхэ на северо-востоке Тибетского нагорья. Высота пещеры над уровнем моря — 3280 м.

Правую половинку человеческой челюсти с двумя сохранившимися молярами,iшестые, седьмые и восьмые зубы известную как «челюсть из Сяхэ», нашел в 1980 году некий буддийский монах. Он преподнес находку своему учителю, «живому Будде», а тот впоследствии передал ее в университет Ланьчжоу.

В 2010 году китайские археологи начали изучать окрестности пещеры. Разрешение на раскопки в самой пещере, которая является буддийским святилищем, им удалось получить лишь в 2016 году, а широкомасштабные раскопки начались еще два года спустя. Вскоре были найдены каменные орудия и кости животных со следами обработки. Кроме того, стало ясно, что стоянки древних людей располагались не только в пещере, но и в ее окрестностях под открытым небом. По-видимому, доисторические люди долго жили в этом высокогорном районе и чувствовали себя там вполне вольготно.

Ученые так и не узнали, в какой именно точке пещеры была найдена челюсть. Но это не помешало определить возраст находки. Уран-ториевое датированиеiУран-ториевое датирование или датирование по торию-230 — радиометрический метод датирования показало, что челюсть последний раз жевала где-то примерно 160 000 лет назад. Надеемся, ей было вкусно. Значит, люди поселились на Тибетском нагорье уже 160 000 лет назад и закусывали там. Это произошло как минимум на 120 000 лет раньше, чем считалось прежде.

Но кем были эти древнейшие горцы — неандертальцами, денисовцами, сапиенсами, реликтовыми эректусами или представителями какой-то доселе неизвестной ветви человеческого рода? Надежный ответ на этот вопрос могла бы дать древняя ДНК. Однако в челюсти из Сяхэ ДНК не сохранилась. Это общая проблема палеоантропологических находок, происходящих из районов с теплым климатом. В наши дни в Тибете даже на высоте 3300 м гораздо теплее, чем на Алтае на высоте 700 м, и эта разница, по-видимому, сохранялась в периоды оледенений.

К счастью, палеогенетики недавно усовершенствовали метод идентификации ископаемых костей по остаткам коллагенов — наиболее массовых белков в человеческом организме, которые к тому же очень медленно разлагаются. Поэтому вероятность сохранения этих белков в костях очень высока — выше, чем ДНК. Разработавшие этот метод ученые из Института эволюционной антропологии в Лейпциге — Фридо Уэлкер, его научный руководитель Жан-Жак Юбле и их коллеги — присоединились к команде китайских археологов, изучающих челюсть из Сяхэ. С таким коллективом профессионалов стало возможным то открытие, о котором пойдет речь.

Из дентина зубов удалось извлечь фрагменты молекул древнего коллагена. Анализ этих данных позволил определить место обладателя челюсти из Сяхэ на эволюционном дереве. Оказалось, что древний обитатель Тибета образует на дереве единую ветвь с денисовским человеком из алтайской пещеры. Проще говоря, древний тибетец оказался денисовцем! Это главный результат исследования, но не единственный.

Во-первых, стало ясно, что популяции древних Homo уже в среднем плейстоцене, то есть в разгар ледникового периода, могли адаптироваться к суровым условиям высокогорья. До сих пор считалось, что на такое способны только сапиенсы.

Во-вторых, наконец выяснилось, почему у денисовцев распространился вариант гена EPAS1, помогающий справляться с гипоксией и много позже «пригодившийся» проникшим в Тибет сапиенсам: денисовцы реально жили высоко в горах, так что этот генетический вариант был им полезен.

В-третьих, мы в одночасье получили больше информации о морфологии, то есть облике денисовцев, чем за предшествующие годы изучения находок из Денисовой пещеры. До сих пор мы мало что могли сказать по этому поводу сверх того, что у денисовцев были очень большие зубы. Теперь же в распоряжении антропологов оказалась целая половина нижней челюсти с двумя молярами — кладезь морфологической информации!

Начнем с того, что мы его пока что не видели. У ученых нет ни черепа, ни скелета денисовца. Он всецело плод нашего воображения, за которым, конечно, стоят данные науки. Челюсть из Сяхэ отличается массивностью и архаична по своей форме. В частности, она лишена подбородочного выступа — яркой отличительной особенности сапиенсов. По некоторым характеристикам она отличается от челюстей эректусов и неандертальцев. Исключительно крупные моляры со сложной жевательной поверхностью подтверждают близость человека из пещеры Байшья к алтайским денисовцам. По форме зубной дуги тибетский денисовец напоминает некоторых ранних сапиенсов, а также поздних эректусов и гейдельбергских людей. Одним словом, мы бы назвали его внешность «проблемной» или «на любителя»: слишком массивная челюсть да скошенный подбородок. Так обычно представляют себе гопников с городских окраин. Но наш герой, поверьте, был страшнее.

Антропологи давно подозревали, что в коллекциях китайских археологов уже есть немало материала по денисовцам. Новые данные по морфологии денисовцев позволяют переосмыслить некоторые находки, сделанные ранее.1¹Возможно, тоже денисовцы. Из сопоставимых по возрасту восточноазиатских находок челюсть из Сяхэ больше всего похожа на недавно найденную в Тайване челюсть Penghu 1. Возраст тайваньской челюсти определен лишь приблизительно: он лежит в интервале от 10 до 190 тысяч лет. Важный общий признак этих двух челюстей — полное отсутствие каких-либо намеков на третий моляр («зуб мудрости»), для которого в челюсти просто нет места. Две челюсти сходны также по строению корней зубов и некоторым другим признакам. Естественно, напрашивается предположение, что тайваньская челюсть тоже принадлежит денисовскому человеку. Это может оказаться справедливым и для других спорных китайских находок, таких, как фрагменты черепа из Суйцзияо (возраст 60–125 тысяч лет, объем мозга примерно как у современных сапиенсов)

Как уже говорилось, в находках из теплых стран ДНК обычно не сохраняется. Но теперь, вооружившись новым методом идентификации ископаемых костей по остаткам коллагенов, исследователи смогут проверить эти гипотезы. Так что в ближайшем будущем мы можем рассчитывать на новые интересные открытия, проливающие свет на историю заселения Азии различными видами людей.

Когда у ученых от всего денисовского племени была лишь одна косточка и один как следует прочитанный геном, то даже на этом более чем скудном материале были предприняты смелые попытки представить внешность этих людей. Как выглядела та девочка — маленькая косточка? Некоторые черты ее внешности удалось реконструировать. В геноме человека содержатся данные, позволяющие судить о цвете кожи, волос и глаз.iГоворящие нуклеотиды — полиморфные нуклеотидные позиции (то есть позиции, в которых у разных людей могут стоять разные нуклеотиды) позволяют судить о цвете 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 неизвестно наверняка), то девочка из Денисовой пещеры была брюнеткой с карими глазами и смуглой кожей без веснушек. Вот, пожалуй, и все. Но ученые на этом не остановились.

Научиться сколько-нибудь точно описывать внешность по генотипу — важнейшая задача, стоящая перед современной биологией. Ее решение откроет прямо-таки фантастические перспективы перед медицинской генетикой, генной инженерией и другими дисциплинами — как теоретическими, так и самыми что ни на есть практическими. Результат явно превзойдет опыт Франкенштейна и некоторых девушек, увлеченных самосовершенствованием.

К сожалению, сегодня, даже имея полный, качественно прочитанный геном, мы не так уж много можем сказать о внешности его обладателя. Отдельные признаки, лежащие, что называется, «на поверхности» — тот же цвет глаз, волос или кожи — еще кое-как можно реконструировать. Однако большинство интересных признаков (включая признаки скелета, такие, как форма черепной коробки, размер зубов или пропорции костей таза) определяются не столько аминокислотными последовательностями отдельных белков, сколько нюансами регуляции активности (экспрессии) множества разных генов. Эти нюансы, в свою очередь, зависят от сложных сетей межгенных взаимодействий, чьи хитросплетения пока никто не умеет надежно расшифровывать. Теоретически задача должна быть решаемой — и когда-нибудь наука, будем надеяться, к этому придет. Но не сегодня и не завтра.

Однако, можно поискать окольные пути. Например, было бы просто прекрасно, если бы удалось измерить уровень экспрессии (активности) генов в той же фаланге мизинца Denisova 3, из которой извлекли полный геном. Ведь уровень экспрессии — это некое приближение к оценке итогового результата работы всего запутанного клубка регуляторных взаимодействий. Чтобы измерить экспрессию, нужно было бы выделить из мизинца древнюю РНК.iРибонуклеиновая кислота — одна из трех основных макромолекул, две другие — ДНК и белки. Вот только РНК разрушается еще быстрее, чем ДНК, и поэтому у нее меньше шансов сохраниться в древних костях.

Но и здесь возможен другой путь, который палеогенетики недавно начали разведывать. Этот метод основывается на метиломе (эта технология весьма сложна, но можете попробовать разобраться).2²Метилирование Метилирование — один из способов регуляции активности генов — это присоединение метильной группы к цитозинам в промоторных областях генов, то есть там, откуда начинается считывание гена. Как правило, если у гена к промотору присоединено много метильных групп, то активность гена резко снижается. И мы можем посмотреть, какие цитозины в геноме метилированы, а какие нет. Это уже даст важную информацию об активности генов. К счастью, метилирование цитозинов оставляет в древней ДНК различимые следы. Дело в том, что обычные, неметилированные цитозины в ходе посмертной деградации ДНК имеют обыкновение превращаться в урацилы, а метилированные — в тимины. На этой основе Давид Гохман из Еврейского университета в Иерусалиме и его коллеги из Израиля, Германии и Испании разработали метод реконструкции метиломов — профилей метилирования геномов ископаемых гоминид. В исследовании, результаты которого были опубликованы в сентябре 2019 года в журнале Cell, ученые использовали метилом денисовского человека для реконструкции его облика. Метод, который они для этого разработали, основан на допущении, что фенотипические изменения, вызываемые сильным метилированием промотора, похожи на те, что возникают в результате мутаций, нарушающих работу данного гена или вовсе выводящих его из строя. Это правдоподобное допущение, потому что в обоих случаях функциональность соответствующего белка резко снижается. В работе использовались метиломы денисовца (все той же девочки Denisova 3), двух неандертальцев (алтайского из Денисовой пещеры и хорватского из пещеры Виндия), пяти древних сапиенсов, живших от 45 до 7,5 тысячи лет назад, а также метиломы костей (это важно, ведь в разных тканях профили метилирования различаются!) пяти шимпанзе и 55 современных людей.Полученные в результате применения этого метода данные проверили на описании внешности двух и без того хорошо знакомых нам типов: неандертальцах и шимпанзе. Реконструкции шимпанзе и неандертальцев получились удивительно близкими к реальности. Например, неандертальцы отличаются от сапиенсов, как подсчитали авторы, по 107 признакам скелета. По метилому удалось «предсказать» больше половины (62) из этих отличительных признаков.

Убедившись, что метод работает, ученые использовали его для реконструкции внешности денисовского человека. Удалось выявить 56 отличий денисовцев (точнее, одного денисовца — все той же девочки Denisova 3) от неандертальцев и (или) современных людей. Получилось, что по большинству признаков, отличающих денисовца от современных людей, денисовцы были сходны с неандертальцами: мощные челюсти, низкий череп с широким основанием, низкий лоб, толстая зубная эмаль, широкий таз, крупная грудная клетка, расширенные кончики пальцев. При этом у денисовцев в отличие от сапиенсов и неандертальцев увеличен размер головки нижней челюсти, ширина черепа в теменной части и длина зубной дуги. Последний факт согласуется с тем, что найденные денисовские зубы действительно очень крупные. Словом, те еще красавцы.