Исследование, проведенное генетиками Гарвардской медицинской школы и опубликованное 29 января в журнале Nature, предлагает способы, которыми генетический материал, унаследованный от неандертальцев, оказался как адаптивным, так и неадаптивным для современных людей. (Соответствующий документ отдельной группы одновременно был опубликован в журнале Science.)«Теперь, когда мы можем оценить вероятность того, что конкретный генетический вариант произошел от неандертальцев, мы можем начать понимать, как эта унаследованная ДНК влияет на нас», — сказал Дэвид Райх, профессор генетики в HMS и старший автор статьи. «Мы также можем узнать больше о том, какими были сами неандертальцы».В последние несколько лет исследования, проведенные группами, в том числе Рейх, показали, что современные люди неафриканского происхождения прослеживают в среднем около 2 процентов своих геномов до неандертальцев — наследие скрещивания людей и неандертальцев, которое ранее показала команда. произошло от 40 000 до 80 000 лет назад. (У коренных африканцев мало или совсем нет ДНК неандертальцев, потому что их предки не скрещивались с неандертальцами, которые жили в Европе и Азии.)С тех пор нескольким командам удалось выявить ДНК неандертальцев в определенных местах неафриканского генома человека, но до сих пор не проводилось обследования предков неандертальцев по всему геному и мало понималось биологическое значение этого генетического наследия.
«История ранней эволюции человека увлекательна сама по себе, но она также имеет далеко идущие последствия для понимания организации современного человеческого генома», — сказала Ирен А. Экстранд из Национального института общих медицинских наук при Национальном институте здравоохранения. частично профинансировал исследование. «Каждая часть этой истории, которую мы раскрываем, рассказывает нам больше о генетическом вкладе наших предков в здоровье и болезни современного человека».Пустыни и оазисы
Райх и его коллеги, в том числе Сванте Паабо из Института эволюционной антропологии Макса Планка в Германии, проанализировали генетические варианты у 846 человек неафриканского происхождения, 176 человек из Африки к югу от Сахары и 50 000-летнего неандертальца, чья высокая -качественная последовательность генома команда опубликовала в 2013 году.Самая убедительная информация, которую исследователи использовали для определения того, произошел ли вариант гена от неандертальца, заключалась в том, что этот вариант появился у некоторых неафриканцев и неандертальцев, но не у африканцев к югу от Сахары.
Используя этот и другие типы информации, команда обнаружила, что некоторые области современного неафриканского генома человека были богаты ДНК неандертальцев, которая могла быть полезной для выживания человека, в то время как другие области были больше похожи на «пустыни» с гораздо меньшим количеством неандертальцев. родословная, чем в среднем.Бесплодные районы были «самой захватывающей» находкой, сказал первый автор Шрирам Шанкарараман из HMS и Broad Institute. «Это предполагает, что введение некоторых из этих неандертальских мутаций было вредным для предков неафриканцев, и что эти мутации позже были устранены действием естественного отбора».Команда показала, что области с пониженным происхождением неандертальцев, как правило, группируются в двух частях нашего генома: гены, которые наиболее активны в мужской зародышевой линии (семенники), и гены на Х-хромосоме.
Эта закономерность была связана у многих животных с феноменом, известным как гибридное бесплодие, когда потомство самца одного подвида и самки другого подвида имеет низкую фертильность или ее отсутствие.«Это говорит о том, что, когда древние люди встретились и смешались с неандертальцами, эти два вида были на грани биологической несовместимости», — сказал Райх, который также является старшим ассоциированным членом Института Броуда и исследователем в Медицинском институте Говарда Хьюза. Современные человеческие популяции, которые могут быть отделены друг от друга на целых 100000 лет (например, западноафриканцы и европейцы), полностью совместимы с отсутствием свидетельств увеличения мужского бесплодия. Напротив, древние люди и неандертальцы, очевидно, столкнулись с проблемами скрещивания после 500 000 лет эволюционного разделения.
«Удивительно, что проблемы такого типа могут возникнуть за такой короткий промежуток времени», — сказал Райх.Неизменное наследие
Команда также измерила, как ДНК неандертальцев, присутствующая в геномах человека сегодня, влияет на выработку кератина и риск заболеваний.У неандертальцев больше генов, влияющих на кератиновые волокна.
По словам Райха, этот волокнистый белок придает прочность коже, волосам и ногтям и может быть полезен в более холодных условиях, обеспечивая более толстую изоляцию. «Заманчиво думать, что неандертальцы уже адаптировались к неафриканской среде и принесли это генетическое преимущество людям», — предположил он.Исследователи также показали, что девять ранее идентифицированных генетических вариантов человека, которые, как известно, связаны со специфическими чертами, вероятно, произошли от неандертальцев. Эти варианты влияют на заболевания, связанные с иммунной функцией, а также на некоторые формы поведения, такие как способность бросить курить.
Команда ожидает, что будет обнаружено больше вариантов неандертальского происхождения.Команда уже начала попытки улучшить результаты своего человеческого генома, анализируя нескольких неандертальцев вместо одного. Вместе с коллегами из Великобритании они также разработали тест, который может обнаружить большинство из примерно 100 000 мутаций неандертальского происхождения, которые они обнаружили у людей европейского происхождения; они проводят анализ в биобанке, содержащем генетические данные полумиллиона британцев.
«Я ожидаю, что это исследование приведет к лучшему и более систематическому пониманию того, как происхождение неандертальцев влияет на изменение человеческих черт сегодня», — сказал Санкарараман.В качестве еще одного следующего шага команда изучает последовательности генома людей из Папуа-Новой Гвинеи, чтобы создать базу данных генетических вариантов, которые можно сравнить с вариантами денисовцев, третьей популяции древних людей, которая оставила большую часть своих генетических следов в Океании, но очень мало. на материковой части Евразии.
Это исследование было поддержано Президентским инновационным фондом Общества Макса Планка, грантом NSF HOMINID 1032255, грантом NIH GM100233 и Медицинским институтом Говарда Хьюза.