С момента своего открытия в 1990 году подземная пещера в горах Атапуэрка в Северной Испании, La Sima de los Huesos, принесла более 6000 окаменелостей от 28 отдельных древних человеческих предков, что делает ее самым значительным местом в Европе для изучения древних людей. Но, несмотря на годы анализа, точный возраст и даже вид, к которому принадлежали эти особи, подвергался сомнению.
Однако теперь международная группа ученых впервые извлекла и упорядочила ДНК из окаменелого бедра одного из этих людей. Полученные данные, которые представляют собой самый старый генетический материал, когда-либо секвенированный от гоминина, или древнего предка человека, - наконец, дают нам представление о возрасте и происхождении этих таинственных особей, и это не то, чего ожидали многие ученые.
Испытанной окаменелой кости, бедренной кости, примерно 400 000 лет. Но большим сюрпризом является то, что, хотя ученые ранее полагали, что окаменелости принадлежали неандертальцам из-за их анатомического внешнего вида, анализ ДНК фактически показывает, что они более тесно связаны с денисовцами, недавно обнаруженной третьей линией человеческих предков, известной только по ДНК Выделенные из нескольких окаменелостей, найденных в Сибири в 2010 году. Результаты, опубликованные сегодня в Nature, заставят антропологов еще раз пересмотреть, как денисовцы, неандертальцы и прямые предки современных людей объединяются в сложное родословное древо.
Бедренная кость, из которой была извлечена ДНК для анализа. Фото Хавьера Труба, Мадридские научные фильмы
Этот анализ стал возможен благодаря последним достижениям в методах восстановления древних фрагментов ДНК, разработанным в Институте эволюционной антропологии им. Макса Планка в Германии, которые ранее использовались для анализа ДНК окаменелости пещерного медведя, найденной в той же пещере. «Это было бы невозможно всего два года назад», - говорит Хуан Луис Арсуага, палеонтолог из Мадридского университета, который вел первые раскопки пещеры и участвовал в новом исследовании. «И даже учитывая эти новые методы, мы все еще не ожидали, что эти кости сохранят ДНК, потому что они такие старые - в десять раз старше, чем некоторые из самых старых неандертальцев, у которых мы взяли ДНК».
После извлечения двух граммов раздробленной кости из бедренной кости группа ученых во главе с Матиасом Мейером изолировала митохондриальную ДНК (мтДНК), пул генетического материала, который отличается от ДНК в хромосомах, расположенных в ядрах наших клеток. Вместо этого эта мтДНК живет в митохондриях наших клеток - микроскопических органеллах, ответственных за клеточное дыхание - и имеет гораздо меньшую длину, чем ядерная ДНК.
Есть еще одна особенность мтДНК, которая делает ее особенно ценной в качестве средства изучения эволюции древних людей: в отличие от вашей ядерной ДНК, представляющей собой смесь ДНК обоих ваших родителей, ваша мтДНК происходит исключительно от вашей матери, поскольку большая часть сперматозоидов митохондрии находятся в хвосте, который он теряет после оплодотворения. В результате мтДНК практически не отличается от поколения к поколению, и ограниченное число различных последовательностей мтДНК (называемых гаплогруппами) наблюдается как у современного человека, так и у древних предков человека. В отличие от анатомических характеристик и ядерной ДНК, которые могут варьироваться в пределах группы и затруднять уверенное различие между собой, мтДНК в целом является последовательной, что облегчает связь конкретного образца с линией происхождения.
Вот почему, когда исследователи сравнили мтДНК бедренной кости с ранее секвенированными образцами неандертальцев, из денисовской кости пальца и зуба, найденных в Сибири, и от многих разных современных людей, они обнаружили, что это настолько удивительно, что оно более близко напоминало денисовцев. «Это было действительно неожиданно», - говорит Арсуага. «Нам пришлось очень серьезно задуматься, чтобы придумать несколько сценариев, которые могли бы это объяснить».
Антропологи уже знали, что все три линии (люди, неандертальцы и денисовцы) имеют общего предка, но далеко не ясно, как все три группы сочетаются друг с другом, и картина еще больше омрачается тем фактом, что скрещивание могло произойти между ними после того, как они расходились. Полезно, что сравнение мтДНК бедренной кости с образцами неандертальца, денисована и современного человека позволило исследователям оценить ее возраст - на основе известных скоростей мутации мтДНК, ранее установленных возрастов других образцов и степени различия между ними - что привело к число 400 000 лет.
Чтобы объяснить, как неандерталец может получить денисовскую мтДНК в этот период времени, ученые представили несколько разных гипотетических сценариев. Возможно, например, что ископаемое относится к линии, которая служила предками как неандертальцев, так и денисовцев, или, что более вероятно, той, которая произошла после раскола между двумя группами (по оценкам, около 1 миллиона лет назад) и был тесно связан с последним, но не первым. Также возможно, что бедренная кость принадлежит к третьей, другой группе, и что ее сходство с денисовской мтДНК объясняется либо скрещиванием с денисовцами, либо существованием еще одной линии гоминина, которая разводилась как с денисовцами, так и с La Sima de los Huesos. популяции и ввели одну и ту же мтДНК в обе группы.
Если для вас это звучит как сложное генеалогическое древо, вы не одиноки. Этот анализ, наряду с более ранней работой, добавляет еще одну загадку в уже загадочную ситуацию. Например, первоначальное тестирование денисовской кости пальца, обнаруженной в Сибири, показало, что она делится мтДНК с современными людьми, живущими в Новой Гвинее, но нигде больше. Между тем ранее считалось, что неандертальцы поселились в Европе, а денисовцы - дальше на восток, на другой стороне Уральских гор. Новый анализ усложняет эту идею.
На данный момент исследователи полагают, что наиболее вероятный сценарий (показанный ниже) состоит в том, что бедренная кость принадлежит к линии, которая откололась от денисован спустя некоторое время после того, как они отошли от общего предка неандертальцев и современных людей. Но, пожалуй, самым захватывающим выводом из этой работы является то, что она доказывает, что генетический материал может существовать не менее 400 000 лет и может быть проанализирован даже после такой степени деградации. Вооружившись этими знаниями и новыми методами, антропологи могут теперь попытаться генетически исследовать многие другие древние образцы в надежде на лучшее понимание нашего генеалогического древа.
Изображение через Nature / Meyer et. и др.
