Пэт Шипман - Захватчики: Люди и собаки против неандертальцев

Люди надеялись – некоторые особенно страстно, – что развитие генетических исследований даст нам решение вопроса идентификации видов. Ряд первостепенных задач был связан с крайне сложной процедурой извлечения неискаженной ДНК из древней костной ткани. На начальных стадиях решения этой проблемы использовали митохондриальную ДНК (мтДНК), копии которой присутствуют в каждой клетке тела в количестве от 100 до 1000 штук. Такое огромное количество копий повышает шансы на то, что нити неповрежденной мтДНК могут быть выделены, а затем сшиты вместе для получения полного митохондриального генома. Еще одной серьезной проблемой была высокая вероятность привнесения в исследуемые образцы мтДНК современных людей, источниками которых могли оказаться люди, участвовавшие в раскопках, генетики, техники, кураторы и палеоантропологи, работавшие с ископаемыми костями.

В конечном счете, проявляя повышенную осторожность, разделяя образцы и проводя исследования в двух независимых лабораториях, к 1999 г. удалось восстановить большую часть (400 пар оснований ) митохондриального генома неандертальца. Это был настоящий прорыв. По мере развития и появления более совершенных методов генетических исследований удавалось расшифровывать и публиковать сведения о большем числе геномов. Анализ первой группы митохондриальных геномов, принадлежащих примерно 10 особям, не выявил каких бы то ни было пересечений между геномами неандертальцев и современных людей. Как написал генетик Маттиас Крингс из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в первой опубликованной статье по генетике неандертальцев: «Эти результаты показывают, что митохондриальный генофонд неандертальцев в течение длительного периода времени развивался и эволюционировал не так, как генофонд современных людей, и нет никаких признаков того, что неандертальцы и современные люди имели общую мтДНК» {26}. Другими словами, невозможно спутать митохондриальный геном неандертальца и современного человека; как показали первые полученные результаты, эти геномы абсолютно независимы.

Митохондриальные ДНК короче ядерных ДНК и передаются только по материнской линии, что дает некоторые преимущества при их исследовании. Какими бы мтДНК вы, я или любой другой человек ни обладали, все они получены от наших матерей. Наши отцы практически не передали ни вам, ни мне своих мтДНК. Это связано с тем, что половая клетка (яйцеклетка) матери имеет и ядро, и цитоплазму. Именно в цитоплазме находятся органеллы, они же митохондрии, которые снабжают клетку энергией, а кроме того, служат хранилищем для мтДНК. Мужской вклад в оплодотворение обеспечивают сперматозоиды, которые представляют собой, по большей части, ядро с присоединенным к нему хвостиком. Вероятность того, что мтДНК отца будет передана потомству, очень мала, поскольку у сперматозоидов практически нет цитоплазмы, а значит, и число митохондрий мало́.

Благодаря применению усовершенствованных методик, в 2008 г. удалось расшифровать и опубликовать полный черновой вариант митохондриального генома неандертальца {27}. Авторы заявили, что их работа «недвусмысленно» продемонстрировала, что мтДНК неандертальцев не соответствует тем генетическим изменениям, которые наблюдаются в мтДНК современных людей. Конечно, механизм передачи мтДНК от родителей к потомству таков, что мтДНК передается только по женской линии, от матери к дочери, потом к внучке и т. д. У мужского потомства будут те же мтДНК, что и у матери, но не будет возможности передать их своему потомству. Если ни у одной из дочерей не будет собственных детей женского пола, то наследование мтДНК будет прервано; эта ветвь станет вымирающей. Такова судьба большинства ветвей наследования мтДНК, поэтому тот факт, что у современных людей не найдены митохондриальные ДНК неандертальцев, вовсе не означает, что не было место интербридингу. Это только означает, что если интербридинг был, то женская мтДНК неандертальцев просто не сохранилась, не выжила.

По современным оценкам, расхождение между мтДНК неандертальцев и людей произошло в период от 646 000 до 800 000 лет назад. Определить время, когда между двумя геномами появилось расхождение, не так просто, как может показаться. Идея, лежащая в основе метода, состоит в том, что пары оснований нуклеотидов, из которых состоит митохондриальная (а также ядерная) ДНК, мутируют случайным образом, но с постоянной частотой. Если, зная частоту мутаций, подсчитать количество отличий между геномами двух видов, можно легко вычислить, когда эти два вида начали друг от друга отличаться генетически. Однако не все гены мутируют с одинаковой частотой, и даже со временем частота мутаций может изменяться. К примеру, виды, поколения которых сменяются за более короткий период времени, мутируют чаще, чем те, смена поколений которых происходит дольше. Кроме того, некоторые гены склонны к мутациям больше, чем остальные. Это означает, что чем больше генов, принадлежащих двум видам, можно сравнить, тем больше вероятность, что оценка времени появления отличий в геномах будет верной. Тем не менее считать эту форму датирования точной нельзя, поскольку на самом деле датировать нечего. Оценка времени расхождения показывает, сколько времени потребовалось для достижения наблюдаемого уровня генетических различий между двумя формами.

Со временем в разных лабораториях начались попытки по секвенированию ядерной ДНК неандертальцев из хромосом – одной материнской и одной отцовской, – имеющихся в ядрах каждой клетки. Кроме проблем с датировкой времени расхождения ядерных ДНК, здесь появились и другие трудности. До тех пор пока генетики не продемонстрировали, что они могут извлекать ядерную ДНК из костей млекопитающих, найденных в тех же местах, где и кости неандертальцев, многие кураторы институтов и музеев крайне неохотно расставались с частицами останков неандертальцев.

Ведущие лаборатории мира, одной из которых является лаборатория Института общества Макса Планка в Лейпциге под руководством Сванте Паабо, разработали надежные методы извлечения мтДНК из ископаемых костей. Чтобы убедить кураторов в том, чтобы те передали на изучение больше образцов, поскольку это не сопряжено с повышенным риском для сохранности ископаемых костей неандертальцев, исследователи обратились к работе с костями других млекопитающих, и начали они с останков пещерного медведя, найденных в Хорватии, в пещере Виндия. Но сколько они ни прикладывали усилий, им не удалось ничего извлечь из этих останков. Тогда исследовательская группа Паабо начала попытки экстрагировать ядерную ДНК из останков мамонтов, извлеченных из вечной мерзлоты, в надежде, что там ДНК сохранилась лучше. За время работы и несколько следующих лет произошли различные технологические прорывы, а щедрое финансирование проектов по секвенированию древних ядерных ДНК означало, что исследования могут вестись быстро и с меньшим количеством рутинных и утомительных процедур. Когда ученые говорят о ДНК, обычно они имеют в виду именно ядерные геномы; одна хромосома пары поступает от матери и несет ее ДНК, а вторая – от отца и содержит его ДНК. Таким образом, в каждом поколении происходит рекомбинация генов при формировании нового потомка.