Человек, который встретил неандертальца: необыкновенная история нобелевского лауреата Сванте Паабо

Неандертальцы произошли около полумиллиона лет назад, скорее всего, от более раннего предка Homo heidelbergensis. Они были чрезвычайно развиты и успешны Они расселились по огромной территории от Средиземноморья до Сибири. Они были умны. Их мозг в среднем больше, чем у Homo sapiens.

Они охотились на крупную дичь, собирали растения, грибы и морепродукты. Они пользовались огнем для приготовления пищи, делали сложные инструменты, шили одежду из шкур животных, делали бусы из раковин и вырезали странные символы на стенах пещер. Они заботились о детях, о стариках и больных, создавали убежища. Он пережили зимние холода и летнюю жару. Они хоронили умерших. А потом они ушли.

И 40 тысяч лет спустя, пришел человек, который прочитал их геном, и тем самым хотя бы немного восстановил память о великой цивилизации. Этот человек — Сванте Паабо.

Вопрос о нашем происхождении и о том, что делает нас уникальными, интересовал человечество с древних времен. Палеонтология и археология предоставили доказательства того, что анатомически современный человек, Homo sapiens, впервые появился в Африке примерно 300 000 лет назад. В то время наши ближайшие известные родственники — неандертальцы, развивались за пределами Африки и заселяли Европу и Западную Азию примерно от 400 000 лет до 40 000 лет назад. Около 70 000 лет назад Homo sapiens начали великое переселение из Африки на Ближний Восток, а оттуда распространились по всему миру. Таким образом, Homo sapiens и неандертальцы жили рядом на больших территориях Евразии в течение десятков тысяч лет. Но что мы знаем о наших отношениях с неандертальцами? Ответ начали искать генетики. К концу 1990-х был секвенирован почти весь геном человека. Это было значительным достижением, позволившим в дальнейшем провести исследования генетической связи между различными популяциями Homo. Однако для изучения взаимоотношений между современными людьми и вымершими неандертальцами необходимо было секвенировать древнюю, неандертальскую ДНК.

В начале своей карьеры Сванте Паабо был очарован возможностью использования современных генетических методов для изучения ДНК неандертальцев. Но вскоре он увидел практически непреодолимую техническую сложность этой задачи. Со временем ДНК химически модифицируется и распадается на короткие фрагменты. Спустя тысячи лет остаются лишь следовые количества, а то, что осталось, в значительной степени загрязнено ДНК бактерий и современных людей (рис. 1). Будучи студентом докторантуры у Аллана Уилсона, пионера в области эволюционной биологии, Паабо начал разрабатывать методы изучения ДНК неандертальцев, и эта работа длилась несколько десятилетий.

В 1990 году Паабо был принят на работу в Мюнхенский университет, где продолжил свою работу над древней ДНК. Он решил проанализировать ДНК митохондрий неандертальцев — органелл в клетках, содержащих собственную ДНК. Митохондриальный геном невелик и содержит лишь часть генетической информации, но он присутствует в тысячах копий, что увеличивает шансы на успех. С помощью собственных усовершенствованных методов Паабо удалось секвенировать участок митохондриальной ДНК из осколка кости возрастом 40 000 лет. Таким образом, мы впервые получили доступ к последовательности ДНК неандертальца. Сравнение с современными людьми и шимпанзе показало, что неандертальцы генетически отличались и от тех, и от других.

Поскольку анализ небольшого митохондриального генома дал лишь ограниченную информацию, Паабо взялся за огромную задачу секвенирования ядерного генома неандертальца. В это время ему предложили создать Институт Макса Планка в Лейпциге, Германия. В новом институте Паабо и его команда постоянно совершенствовали методы выделения и анализа ДНК из древних костных останков. Исследовательская группа использовала новые технические разработки, которые сделали секвенирование ДНК высокоэффективным. Усилия Паабо увенчались успехом. Он совершил, казалось бы, невозможное и смог опубликовать первый генотип неандертальца в 2010 году. Сравнительный анализ показал, что самый последний общий предок неандертальцев и Homo sapiens жил около 800 000 лет назад.

Паабо и его коллеги теперь могли исследовать отношения между неандертальцами и современными людьми из разных частей мира. Сравнительный анализ показал, что последовательности ДНК неандертальцев были больше похожи на последовательности современных людей, происходящих из Европы или Азии, чем на последовательности современных людей, происходящих из Африки. Это означает, что неандертальцы и Homo sapiens скрещивались в течение тысячелетий своего сосуществования. У современных людей европейского или азиатского происхождения примерно 1–4% генома происходит от неандертальцев (рис. 2).

В 2008 году в Денисовой пещере на юге Сибири был обнаружен фрагмент кости пальца возрастом 40 000 лет. Кость содержала исключительно хорошо сохранившуюся ДНК, которую команда Паабо секвенировала. Результаты произвели сенсацию: последовательность ДНК была уникальной по сравнению со всеми известными последовательностями неандертальцев и современных людей. Паабо обнаружил ранее неизвестного гоминида, которому дали имя денисовец. Сравнение с последовательностями современных людей из разных частей мира показало, что поток генов также имел место между денисовцами и Homo sapiens. Эта связь была впервые обнаружена в популяциях Меланезии и других частей Юго-Восточной Азии, где люди несут до 6% ДНК денисовцев.

Открытия Паабо породили новое понимание нашей эволюционной истории. В то время, когда Homo sapiens мигрировал из Африки, по крайней мере две вымершие популяции гоминидов населяли Евразию. Неандертальцы жили в западной части Евразии, а денисовцы населяли восточные части континента. В ходе экспансии Homo sapiens за пределы Африки и миграции на восток люди встречались и скрещивались не только с неандертальцами, но и с денисовцами (рис. 3).

Благодаря своим новаторским исследованиям Сванте Паабо создал совершенно новую научную дисциплину — палеогеномику. После первоначальных открытий его группа завершила анализ нескольких дополнительных последовательностей генома вымерших гоминидов. Открытия Паабо создали уникальный ресурс, который широко используется научным сообществом для лучшего понимания эволюции и миграции человека. Новые мощные методы анализа последовательности ДНК указывают на то, что архаичные гоминиды могли также скрещиваться с Homo sapiens в Африке. Однако геномы вымерших гоминидов в Африке еще не секвенированы из-за быстрой деградации древней ДНК в тропическом климате.

Благодаря открытиям Сванте Паабо мы теперь понимаем, что архаичные последовательности генов наших вымерших родственников влияют на физиологию современных людей. Одним из таких примеров является денисовская версия гена EPAS1, которая дает преимущество в выживании на большой высоте и распространена среди современных тибетцев. Другими примерами являются гены неандертальцев, которые влияют на наш иммунный ответ на различные типы инфекций.

Homo sapiens характеризуется своей уникальной способностью создавать сложную культуру и инновации, способностью пересекать открытые воды и распространяться по всем частям нашей планеты (рис. 4). Неандертальцы также жили группами и имели большой мозг (рис. 4). Они также использовали инструменты, но они слишком медленно развились на протяжении сотен тысяч лет. Генетические различия между Homo sapiens и нашими ближайшими вымершими родственниками были неизвестны до тех пор, пока они не были выявлены в основополагающих работах Паабо. Интенсивные сегодняшние исследования сосредоточены на анализе функциональных последствий этих различий, и все с той же целью, — наконец объяснить, что же делает нас людьми.

Источник: пресс-релиз Nobel Prize