Действительно ли могла случиться встреча всех трех видов людей? Если да, тогда они непременно имели бы удовольствие познакомиться друг с другом (здесь женщина-сапиенс слева, напротив женщина-неандерталка, а справа женщина-денисовка)
Когда опубликованное в 1859 году сочинение «Происхождение видов» еще не было даже задумано, Чарльз Дарвин (1809–1882), юный сельский джентльмен, охотился и много наблюдал за жизнью животных. Наблюдения натолкнули его на великую мысль: природа действует как заводчик, отбирая потомство, наделенное определенными специфическими чертами. Среди видов домашних животных речь идет, к примеру, о скорости бега лошади, о мышечной массе быка, предназначенного для бойни, о числе зерен в пшеничном колосе и т. д. Природа заботится не только о маскировочной окраске лисы, о скорости плавания тунца, но и о цвете оперения павлина.
Этот «естественный отбор» подводит к трем выводам, которые, как определил Дарвин, может сделать каждый из нас: все особи одного рода, имеющие пол, отличаются один от другого; свойства, отличающие их друг от друга, частично передаются во время процесса репродукции; особи, составляющие вид, подвержены неблагоприятному воздействию окружающей среды – такое воздействие называется «давлением отбора», – которое имеет демографические последствия, потому что оказывает влияние на выживаемость и репродуктивную способность. «Давление отбора» благоприятствует распространению в популяции благотворных мутаций (уже упоминавшийся позитивный отбор), способствующих выживанию и/или репродукции.
ГЕНЫ ДЕНИСОВЦА ВО ВСЕЙ КРАСЕ
Выше мы вкратце обрисовали теорию Дарвина, поскольку теперь она будет играть в книге основную роль: она поможет нам интерпретировать то, что нам удалось узнать, изучая гены сапиенса, неандертальца и денисовца. Гены действительно сообщают множество сведений как о происхождении ископаемых популяций, так и об их физиологических особенностях, равно как и об их адаптации к окружающей среде, включая приспособление к микробам. Тем не менее, если биологические характеристики в принципе напрямую прочитываются в геноме денисовца, на практике оценить их влияние отнюдь не просто.
Чтобы определить это влияние, следовало бы на самом деле иметь возможность учитывать влияние некодирующих последовательностей (порядка 98,5 % человеческого генома) и их повторений; сверх того, речь идет также о том, чтобы выяснить совокупность механизмов, контролирующих экспрессию генома, называемую эпигенетикой. Не до конца понятная, эта часть нашего наследования играет множество ролей в различиях между нами, неандертальцами и денисовцами. Пока мы не знаем, каким образом конкурируют тысячи генов, необходимых, чтобы воспроизвести фенотип денисовца.
Как мы увидим, фенотипические черты могут быть выведены из ДНК денисовца, но их окончательный вариант – вопрос крайне деликатный, принимая во внимание отсутствие ископаемых останков. Однако о чем все же информирует нас геном денисовца? Для начала он сообщает нам о своем отличии от геномов сапиенса и неандертальца. Когда произошло это разделение? И на каком континенте? Пристальное рассмотрение генома денисовца составляет часть истории его происхождения, которое мы исследуем.
Портрет натуралиста Чарльза Дарвина (1809–1882), выполненный Юлией Маргарет Камерон. Труд Дарвина «Происхождение видов», опубликованный в 1859 году, лежит в основе теории эволюции живых существ
ПЕРВЫЕ КРУПИЦЫ ОТВЕТОВ
В 2010 году, когда открыли денисовца, вдалеке забрезжил свет ответов. Палеогенетики из MPI-EVA довольно быстро сообщили, что митохондриальная ДНК денисовской ветви отличается от ветви неандертальцев и сапиенсов Алтая. В самом начале своей статьи в журнале Nature они так сообщили о своем открытии:
«Она представляет собой тип митохондриальной ДНК неизвестного прежде гоминина, имеющего общего предка с митохондриальной ДНК современного по своему анатомическому строению человека и человека из Неандерталя возрастом примерно 1 миллион лет».
Напомним, что гоминины объединяют все виды, возникшие в человеческой линии эволюции после ее разделения с предками шимпанзе. В последующей публикации исследователи определили, что митохондриальная дивергенция между новым евразийским гоминином, H. sapiens, и неандертальцами произошла около 75 000 лет назад, дата, как мы в дальнейшем увидим, близкая к времени выхода из Африки гоминида H. rhodesiensis/H. heidelbergensis. Тот факт, что митохондриальное различие восходит именно к этому времени, говорит о том, что новый гоминин унаследовал свою ДНК от H. rhodesiensis/H. heidelbergensis, общего предка сапиенса и неандертальца.
В 2013 году это заявление было подтверждено впечатляющим секвенированием митохондриальной ДНК, чудесным образом сохранявшейся 430 000 лет в глубине пещеры Сима-де-лос-Уэсос со стоянки Атапуэрка в Испании. Самая древняя из всех известных человеческих митохондриальных ДНК! Это открытие подтверждало важность высчитанного командой MPI-EVA митохондриального расхождения: ископаемые останки из пещеры принадлежат H. heidelbergensis, находившемуся в процессе неандертализации. Окаменелости так хорошо сохранились в глубинах Сима-де-лос-Уэсос, что – неслыханное достижение – Сванте Паабо и его команда сумели извлечь из бедренной кости 98 % митохондриальной ДНК… А эта ДНК того же типа, что и Денисова 3, денисовца. Большое сходство митохондриальной ДНК из Сима-де-лос-Уэсос и Денисовой пещеры наводило на мысль, что речь шла о ДНК общего предка неандертальцев и денисовцев: H. heidelbergensis.
В то время в это верилось с трудом: почему у испанских пренеандертальцев в стадии перехода в неандертальцы не было той же самой митохондриальной ДНК, что и у последующих неандертальцев в Европе? Откуда пришла митохондриальная ДНК более поздних неандертальцев? Единственно возможным объяснением представляется предположение, что немногим позже чем 430 000 лет назад неандертальцы смешались с другими людьми, получив новую митохондриальную ДНК, отличную от тех, что нашли в Сима-де-лос-Уэсос и у Денисова 3. Такой сценарий получил подтверждение в 2017 году, когда генетик Козимо Пост из Института мировой истории Общества Макса Планка в Тюбингене показал, что человеческая митохондриальная ДНК, найденная в голени неандертальца, обнаруженной в швабской пещере Хоенштайн-Штадель, является такой же, как и ДНК архаичного H. sapiens, с которым неандерталец, без сомнения, в очень ранние времена пересекался в Леванте (мы к этому еще вернемся).
Дата митохондриального расхождения согласуется с появлением в Европе 700 000 лет назад волны людей, владевших бифасом. Эволюционируя, эти люди дали неандертальцев, а параллельно с этим орудия становились более совершенными. Однако единственным орудием, найденным в Сима-де-лос-Уэсос, стал роскошный ашельский бифас из розового камня, прозванный Эскалибур, который свидетельствует о принадлежности H. heidelbergensis из Сима-де-лос-Уэсос к этой волне. И совершенно ясно, что у прибывшей в Европу волны была митохондриальная ДНК H. heidelbergensis, замещенная впоследствии мтДНК архаичного сапиенса.
А что говорила ДНК, содержащаяся в клеточных ядрах? С 2010 года команда Дэвида Райха из Гарвардского университета сумела получить первую довольно приблизительную дешифровку последовательности ядерной ДНК Денисова 3. Ее сравнение с уже имеющейся в распоряжении ядерной ДНК неандертальца показало, что расхождение между ветвями неандертальцев и денисовцев происходило примерно 400 000 лет назад. В 2014 году это расхождение подтвердили на основании нового секвенирования Денисова 3, более качественного, чем проведенное в 2012 году. Сравнительный анализ ядерного генома денисовца с генетическими данными алтайского неандертальца (образец Денисова 5), проведенный исследователями из MPI-EVA, позволил установить временной интервал дивергенции этих двух групп. Согласно полученным оценкам, разделение денисовцев и неандертальцев произошло в период между 473 000 и 381 000 лет назад.
Итоги эволюции человека в Европе, Африке и Азии за последние 800 000 лет
БРАТЬЯ ДЕНИСОВЦА
Так что же можно сказать с уверенностью? Что сапиенс, неандерталец и денисовец вышли из H. heidelbergensis! В Евразии линии неандертальцев и денисовцев разошлись ранее, чем 400 000 лет назад, а затем в одни и те же временные периоды эволюционировали: неандертальская линия в западной Евразии, а другая, денисовская, – в восточной Евразии. Это открытие огромной значимости: у неандертальца есть восточный брат, очень на него похожий. Данный результат играет столь важную роль в решении загадки денисовского человека, что нам бы хотелось акцентировать внимание на нем.
Привычно, говоря об эволюции, проделанной неандертальцем, употреблять слово «неандертализация»; мы полагаем, что, пока в Европе шла неандертализация, аналогичный эволюционный процесс происходил в Азии, и мы обозначим его неологизмом «денисовизация». Существенное замечание: и сейчас, и в прошлом в восточной Евразии климатические условия являются сравнимыми с условиями в западной Евразии, однако существуют и заметные отличия, что должно отражаться в сходствах и различиях между неандертализацией и денисовизацией.
ВОПРОС ПО СУЩЕСТВУ
Этот важный результат был не единственным, полученным при более совершенном секвенировании Денисова 3 в 2012 году. В 2010-м секвенирование провели лишь со слабым разрешением шкалы 1,9 Х. Что такое разрешение? Объясним это понятие, ибо оно основное. Митохондриальная ДНК представляет 0,0005 % от реального числа нуклеиновых оснований генома человека, в то время как нуклеарная ДНК представляет 99,9995 %. Следовательно, нуклеарный геном содержит значительно больше информации, чем геном митохондриальный, по сути, почти полную информацию. В костном образце помимо восстанавливаемой ДНК – эндогенных последовательностей ДНК – находится множество чужеродных ДНК – экзогенных последовательностей ДНК. Чужеродные ДНК поставляют многочисленные организмы-некрофаги, которые являлись обгладывать скелет после смерти живого организма. Речь может идти о бактериях, плесневых грибах и т. п. Еще более неприятно, когда ископаемые останки оказываются зараженными многочисленными человеческими ДНК, что указывает на небрежное обращение с образцами…
Разрешение 1,9 X означает, что во время создания библиотек последовательностей каждый фрагмент эндогенной или экзогенной ДНК в среднем был прочитан всего лишь 1,9 раз. Это очень мало. Во время биоинформационной реконструкции полной последовательности такой дефицит информации становится причиной статистических погрешностей, что побуждает исследователей добиваться более достоверного результата. И его получили в 2012 году, когда Матиас Мейер из MPI-EVA и его команда представили результаты экстремально глубокого секвенирования – 30 Х, – осуществленного на материале 40-миллиграммового фрагмента фаланги Денисова 3. Столь заметный прогресс стал возможен благодаря методике, разработанной исследовательской группой для обогащения библиотек последовательностей, что позволило достичь минимального покрытия в 30 прочтений на нуклеотид. Замечательный прорыв, положивший начало распространению данной методики.
НЕИЗВЕСТНЫЙ ТИП ЧЕЛОВЕКА
Достоверность, полученная при таком разрешении, принесла минимум четыре поразительных результата. Первый – это подтверждение командой Матиаса Мейера африканского происхождения денисовцев (а также и неандертальцев). Опираясь на полученное доказательство и основываясь на уже достаточно хорошо известном геноме Денисова 3, команда из университета Экс-Марсель, в состав которой входит Сильвана, проанализировала семь систем групп крови, тех, которые сегодня учитываются при переливании крови, в частности системы АВО и Резус. Список систем групп крови, чаще всего встречающихся у современных африканцев, свидетельствует, что группы крови денисовца и неандертальца уже обладали всеми комбинациями, известными сегодня в прародине человечества. Неоспоримый вывод: денисовец и неандерталец имеют африканское происхождение. Африка общепризнанно считается прародиной человечества, а теперь это еще и прямо подтверждено результатами изучения групп крови, что особенно важно, ибо, как мы увидим, многие палеоантропологи все еще полагают родиной денисовца исключительно Азию.
Второй результат: похоже, денисовец также скрещивался с другим азиатским видом: геном, содержащийся в фаланге мизинца Денисова 3, действительно, несет несколько последовательностей ДНК, унаследованных от неизвестного гоминина, известного как «супер-архаичный». Согласно генетическим часам – т. е. по числу мутаций, представленных в 4 миллионах оснований, составляющих эти последовательности, – древняя линия неандертальцев, денисовцев и сапиенсов выделилась из «суперархаичной» линии примерно между 1 и 1,5 млн лет назад.
Кем мог быть этот неизвестный гоминин? При современном состоянии наших знаний он, без сомнения, является H. erectus. Но можно ли быть в этом уверенным?
Третий результат поразителен: это слабая гетерозиготность Денисова 3. Качество генома, выделенного для данного индивида, вполне достаточно для оценки пропорции генов, чьи отцовские и материнские версии – аллели – отличаются друг от друга, иными словами, чтобы оценить его гетерозиготность. Среди популяции большая гетерозиготность означает циркуляцию еще более многочисленных версий каждого гена, иначе говоря, бо́льшее биоразнообразие, облегчающее адаптцию. Индивиды, чьи гены обладают малой гетерозиготностью, появляются в популяциях со слабым генетическим разнообразием, и к ним можно отнести Денисова 3.
Наконец, последний результат: выяснилось, что некоторые меланезийцы имеют от 4 до 6 % ДНК денисовца, а это очень много. В 2010 году такой результат, основанный на секвенировании всего пяти H. sapiens, изумил научное сообщество, тем более что среди этих индивидов геномы китайцев хань (т. е. самого многочисленного этноса Китая), похоже, имели только следы денисовской ДНК; впрочем, в любом случае здесь выраженность следов была значительно меньшей, чем у папуасов. Такое утверждение приводило в замешательство, поскольку Меланезия находится очень далеко от Денисовой пещеры… Загадка, которую мы намерены разгадать в следующих главах. Однако сразу стало ясно, что значимое скрещивание денисовца с сапиенсом вдалеке от Алтая давало повод надеяться на возможность нахождения ископаемых остатков и геномов денисовцев не только в Денисовой пещере.
Различия между ветвями сапиенсов, неандертальцев и денисовцев, которые можно восстановить на основании изучения митохондриальной и ядерной ДНК (в частности, Y-хромосом)
ДЕНИСОВЦЫ БЕЗ КОСТЕЙ
Увы, удача не улыбнулась палеонтологам: почти десять лет после открытия 2010 года денисовцы оставались без костей, ибо наличествовали только фрагменты размером меньше сантиметра, не слишком интересный осколок свода черепа и один зуб. До тех пор, пока в 2019 году археолог и историк Дончжу Джанг из китайского Университета Ланьджоу вместе с Жан-Жаком Юбленом, в то время сотрудником MPI-EVA, не начали расследование с целью доказать, что нижняя челюсть, найденная в 1980 году в пещере Байшия, на крайнем северо-востоке Тибетского плато, действительно принадлежит денисовцу. Дончжу Джанг собрала команду, чтобы попытаться выделить ДНК денисовца из отложений пещеры. И исследователи ее обрели!
Китайская команда применила в пещере Байшия методику, разработанную Вивианой Слон из MPI-EVA и другими учеными. В 2017 году они собрали 85 образцов отложений, взятых из пещер, где жили неандертальцы или денисовцы, а потом попытались извлечь из них митохондриальную ДНК. Удивительно, но в то время, как 1 мг древней кости содержит обычно от 34 до 9000 фрагментов митохондриальной ДНК, 1 мг отложений содержит от 30 до 4500 фрагментов митохондриальной ДНК, принадлежащей целому букету видов (от млекопитающих до грибов, не считая многочисленных растений). Разумеется, митохондриальной ДНК человека там оказалось меньше всего, однако палеогенетики из команды Вивианы Слон сумели ее идентифицировать, проанализировав данные секвенирования из полученных библиотек.
Команда Дончжу Джанг поступила так же: проведя отбор фрагментов митохондриальной ДНК, сохранившейся в образцах отложений из пещеры Байшия, они осуществили секвенирование для создания библиотек генетических последовательностей. Отделив митохондриальную ДНК человека от такой же ДНК нечеловека, исследователи сравнили последовательности содержащихся в библиотеках митохондриальных геномов сапиенсов, неандертальцев и денисовцев и идентифицировали митохондриальные ДНК денисовцев на различной глубине стратиграфического слоя. Результат показал, что денисовцы время от времени появлялись в пещере Байшия в период между 160 000 и 45 000 лет назад. Короче говоря, нашли еще одну денисовскую пещеру!
Итак, некоторые денисовцы жили на большой высоте, и это подтверждает тот факт, что Денисова 3 обладал аллелем – версией гена EPAS1, – позволявшей ему долгое время не поддаваться горной болезни, а также сопутствующим ей недугам, таким как головная боль, усталость, тошнота, одышка, спутанность сознания… Это кодирующий ген для белка EPAS1, участвующего в физиологическом ответе на низкую концентрацию кислорода; он не только улучшает перенос кислорода в организме, но также играет роль в развитии сердца и его ритмичного функционирования. Данная аллель упрощает жизнь в разряженном воздухе Тибетского плато, находящегося, напомним, в среднем на высоте 4500 м над уровнем моря. Итак, эта версия гена EPAS1 была открыта у Денисова 3, в то время как сама Денисова пещера расположена всего лишь на высоте 700 м над уровнем моря, и это место не требует особого приспособления организма к высоте.
Однако, если предки денисовцев так долго жили в горах, что приспособились к жизни высоко над уровнем моря, значит, присутствие денисовцев на Тибетском плато продолжалось несколько сотен тысяч лет, что подтверждают даты заселения пещеры, установленные командой Дончжу Джанг. Когда прибыли первые популяции сапиенсов, денисовцы, возможно, передали им «ген против горной болезни», который унаследовали современные тибетцы. Если это так, то мы можем сказать, что денисовцы одновременно жили и на Алатае, и на Тибетском плато.
Поскольку обширная зона плато в основном доминирует как в ареале умеренного климата на севере Китая, так и в ареале тропического Китая, это наблюдение подводит к выводу, что денисовцы распространились по очень большой территории. Неожиданно генетическое наследие денисовца в современных популяциях показало существенное географическое распространение этого вида. Но это было только начало…