Дэвид Райх - Кто мы и как сюда попали [Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом]

Предложенное рассуждение выглядит несколько надуманным, но оно тем не менее подкрепляется данными по домовым мышам – по гибридам западноевропейской и восточноевропейской популяций, живущим на территории, которая протягивается по Центральной Европе полосой с севера на юг примерно вдоль линии железного занавеса времен холодной войны. У этих гибридов по сравнению с западноевропейской популяцией плотность мутаций выше, потому что они несут ДНК не только западноевропейских мышей, но и мышей Восточной Европы, генетически более разнообразных, чем их западные соседи. При этом плотность мутаций в Х-хромосоме гибридов сильно снижена, потому что в их Х-хромосоме очень мало ДНК от восточноевропейской популяции, так как восточный вариант Х-хромосомы сопряжен с бесплодностью гибридных самцов 36 .

После 2006 года, когда мы опубликовали статью о гибридной природе предков шимпанзе и человека, появились, хотим мы того или нет, новые подтверждения этому главному событию древнего смешения, имевшему место в эволюционной истории шимпанзе и человека. В 2012 году Миккель Шируп и Томас Майлунд с коллегами разработали новый, опирающийся на данные генетики метод, чтобы оценить, насколько внезапно разделились предки двух ныне живущих видов. Этот метод использовал тот же принцип, что у Ли и Дурбина 37 , как это было описано в главе 1. И когда его применили для анализа времени разделения шимпанзе и их дальних родичей бонобо, то получили подтверждение очень быстрого размежевания, что вполне согласуется с гипотезой, что данные виды появились в результате разделения популяции большой рекой (Конго), которая образовалась сравнительно быстро 1–2 миллиона лет назад. Но когда тем же методом проверили человека и шимпанзе, то все получилось по-другому. Их разделению, как выяснилось, предшествовал долгий период генетического обмена, пока шел процесс дифференцировки популяций – именно это и ожидается при гибридизации 38 .

Но еще более важные доказательства были опубликованы Ширупом и Майлундом в 2015 году. Вместе со своими коллегами они показали, что те участки на Х-хромосоме неафриканцев, откуда отбором удалялись неандертальские фрагменты, в большой мере совпадают с участками повышенного сходства у человека и шимпанзе 39 . Вполне ожидаемая картина, если принять, что мутации, снижающие плодовитость, сконцентрированы не просто на Х-хромосоме, а в конкретных ее местах, и именно в них естественный отбор, работающий против гибридных самцов с низкой плодовитостью, оставляет минимум чужеродного наследия. Таким образом, вычищение неандертальской ДНК из “современной” Х-хромосомы выглядит наглядным доказательством низкой плодовитости гибридных самцов.

Рис. 9

Мы выявили и вторую линию доказательств, говорящую о бесплодности мужчин-полукровок от смешения неандертальцев и современных людей, никак не связанную с Х-хромосомами. Если у гибридного мужчины наблюдается пониженная плодовитость, то за это должны отвечать те гены, которые особенно активны в тканях половой системы, и именно с ними может быть связана ее дисфункция. Следствием из такой гипотезы – мне эту мысль высказал эволюционист Дэйвен Пресгрейвс после нашей беседы об Х-хромосомном доказательстве – будет то, что в генах, наиболее активно работающих в мужских гаметах в семенниках, неандертальского наследия должно оказаться меньше, чем в среднем по генам, активным в других тканях. Мы проверили идею Пресгрейвса на реальных данных, и она в точности подтвердилась 40 .

Но проблемы с неандертальским наследием касаются не только пониженной плодовитости, как это видно по неандертальской ДНК, вычищенной из Х-хромосомы и из участков с генами, ответственными за мужскую плодовитость. Такой же пониженный уровень неандертальского наследия виден и в большом числе других генов (в действительности неандертальского наследия больше в так называемой мусорной ДНК с урезанными биологическими функциями). Яснее всего это проявилось при исследовании геномов пятидесяти древних евразийцев, хронологически распределенных в интервале последних 45 тысяч лет. В этом исследовании 2016 года 41 мы показали, что неандертальское наследие уменьшалось постепенно, от 6–3 % в самых древних образцах до сегодняшних 2 % в более молодых, и это связано с действием естественного отбора против неандертальской ДНК.

Большая часть ареала неандертальцев приходится на территорию, где во время ледниковых периодов популяции важных для них растений и животных испытывали серьезный стресс – для живших в тропической Африке предков современных людей такая проблема не стояла особенно остро. По своей численности популяции современных людей были больше, чем популяции неандертальцев, что следует из вчетверо меньшего разнообразия неандертальского генома. Малая численность не слишком способствует генетическому здоровью, потому что в каждом поколении случаются колебания частоты мутаций и этого порой достаточно, чтобы те или иные мутации распространились в популяции, даже несмотря на отчаянную работу естественного отбора, стремящегося снизить их частоту 42 . И потому за полмиллиона лет после разделения неандертальской и сапиенсной линий в геномах неандертальцев накопились мутации, оказавшиеся вредными, как это выяснилось позже при гибридизации неандертальцев и современных людей.

И эти “проблемные” мутации в неандертальском геноме резко отличаются от тех, что пришли с более поздними примесями от разнообразных групп современных людей: у последних нет никаких признаков вредности. Например, мы проанализировали геномы 30 тысяч афроамериканцев и не нашли свидетельств негативного действия ни африканского, ни европейского наследия 43 . Объяснить это можно, во-первых, тем, что время разделения западных африканцев и европейцев было в тридцать раз короче, чем время разъединения неандертальцев и современных людей, а значит, у последней пары было в тридцать раз больше времени, чтобы сформировалась биологическая несовместимость. Во-вторых, как следует из данных по многим видам, когда между популяциями складывается репродуктивная несовместимость, то это часто бывает из-за взаимодействия между парой генов из разных частей генома. А раз так, то чем больше мутаций, тем больше вероятность неудачного сочетания пары: уровень репродуктивной несовместимости будет расти как квадрат числа мутационных различий, а значит, как квадрат времени от момента разобщения популяций. Поэтому в популяции, разделенной в десять раз дольше, будет в сто раз больший уровень генетической несовместимости. В свете этих рассуждений отсутствие репродуктивной изоляции между сегодняшними популяциями людей не вызывает удивления.