Мир до нас: Новый взгляд на происхождение человека

Хайэм Том

Можно ли разглядеть эффект от неандертальской интрогрессии и смешения в наших современниках, живущих ныне? Понимаю, что я наверняка не единственный задавался вопросом, может ли кто-то из моих знакомых или случайных встречных быть немного большим неандертальцем, чем все остальные, но в самом деле: можно ли это зафиксировать или нам до этого еще далеко?

В недавнем палеоантропологическом исследовании предпринята попытка изучить этот вопрос, для чего генетические методы были дополнены высокоразрешающим нейровизуализационным сканированием черепов живых людей, которое помогло изучить различия во внутренней форме черепов^[86]. Уже известно, что черепа неандертальцев и «современных» людей были сходны по размеру, но имели разную форму. У нас черепа более округлые и выпуклые на затылке и спереди, тогда как у неандертальцев они более продолговатые и уплощенные. Крупное исследование 4468 живых европейцев показало, что варианты, привнесенные неандертальцами, действительно оказывают некоторое – небольшое – влияние на округлость формы черепов^{331}.

Любопытно, что задействованные гены связаны с частями мозга, именуемыми базальными ганглиями, и могут влиять на аспекты нейронного развития в областях мозга, отвечающих за память, планирование и движение, а также, возможно, за речь и язык. Сейчас мы лишь приступаем к изучению функциональных аспектов генов и плохо понимаем, что они делают и как работают. Не исключено, что в будущем при помощи методов генной инженерии нам удастся исследовать эффекты от наличия или отсутствия определенных аллелей в культурах стволовых клеток и выяснить, для чего они служат.

А вот денисовской наследственности, в отличие от неандертальской, в базе UKB на момент написания этих строк практически не наблюдалось. Что нам действительно необходимо, так это детализированный геном «современного» человека и данные о связанных с ним фенотипах от жителей Новой Гвинеи, Меланезии, Филиппинских островов, Австралии и других мест, где, как известно, отмечено присутствие денисовской ДНК. Лишь после получения этих сведений мы сможем узнать, каково функциональное воздействие денисовской ДНК на унаследовавших ее людей.

Впрочем, за последние годы произошел заметный прирост новых генетических данных из различных популяций, что позволяет постепенно развивать исследования и в области полученного нами генетического наследия денисовцев. В 2016 г. программа Simons Genome Diversity Project (SGDP), финансируемая благотворительным фондом Simons Foundation из США, сообщила о составлении 300 новых геномов из 142 различных популяций^{332}. Выявление неидентифицированных ранее последовательностей ДНК человека подчеркнуло неполноту нашего генетического знания. К примеру, новые последовательности ДНК от койсанских народностей в Южной Африке и от новогвинейцев прибавили, соответственно, 11 и 5 % сведений к базе данных о генетической вариативности человека. Это позволило построить более подробную карту мира с указанием пропорций неандертальской и денисовской ДНК у ныне живущих людей, на которой видно, что некоторые группы людей, проживающие в Южной Азии, имеют в числе своих предков денисовцев. Установить это удалось лишь благодаря новой генетической информации, полученной от обитателей субконтинента. Стоит также отметить, что данные SGDP вновь выявили следующее: у жителей Восточной Азии доля неандертальской ДНК выше, чем на западе. Это, разумеется, противоречит сложившимся представлениям, ведь известно, что неандертальцы жили в основном на западе Евразии.

Но почему жители Восточной Азии унаследовали несколько больше неандертальской ДНК? Ответ на этот головоломный вопрос дало новое исследование ДНК современных африканцев, проведенное в 2020 г. При осуществлении этой работы было принято допущение, что некоторое количество ДНК неандертальцев у многих из африканцев появилось вследствие возвращения из Западной Европы на континент их дальних предков, несших в себе долю неандертальской ДНК^{333}. После того как эти сегменты ДНК были учтены и элиминированы из анализа, доли неандертальской ДНК у жителей востока и запада Евразии оказались более или менее сходными. Повторюсь, расширение генетических данных о неизученных прежде популяциях позволяет разглядеть некоторые детали нашего древнего прошлого.

Мы уже знаем, что в процессе исхода из Африки «современные» люди распространялись на обширные пространства и осваивали самые разные природные условия, в частности тропики и дождевые леса, что мы видели на примере пещеры Ниах и других стоянок в Юго-Восточной и Южной Азии. Сегодня эти места крайне неприветливы к посторонним. Когда я ехал работать в Ниах, мне необходимо было сделать целую серию прививок: от брюшного тифа, холеры, японского энцефалита и, конечно, малярии. Без этой поддержки единственной опорой моего организма оставалась бы иммунная система. Ответ иммунной системы на паразитарные, бактериальные и вирусные атаки имеет первостепенное значение для нашего выживания как вида, и гены, защищающие нас, формировались в ходе эволюции на протяжении многих тысяч лет. Могла ли интрогрессия благоприятных аллелей от наших древних родичей также помогать нам в построении иммунной системы? Ведь если мы не ошибаемся насчет того, что когда-то популяция денисовцев обитала восточнее линии Уоллеса, то, значит, можно ожидать, что у них было время выстроить иммунную реакцию на распространенные в этих краях болезни.

Выяснилось, что ответ на этот вопрос – решительное «да». Гены, связанные с иммунитетом, судя по всему, относятся к числу наиболее позитивных из тех, что «современные» люди получили от наших древних родственников. Их, этих генов, совсем не мало: около 400 генетических вариантов, унаследованных от денисовцев, сопряжены с иммунитетом или рационом питания. Что же они делают? Мы находимся лишь на первых подступах к разгадке, но кое-какие интересные данные уже публикуются.

Один из вариантов, встречающихся у современных папуасов чаще всего, имеет код TNFAIP3; этот ген кодирует белок иммунного контроля A20. Природный полиморфизм (генетические вариации) этого гена

связан со сверхактивной иммунной реакцией в аутоиммунных состояниях, таких как артрит, рассеянный склероз, воспалительные заболевания кишечника и псориаз. Исследователи уже установили, что некоторые варианты этого гена усиливают воспалительную реакцию; подобный механизм может работать в тех вариантах TNFAIP3, которые связаны с аутоиммунными заболеваниями. В одном из этих случаев вариант TNFAIP3 является одним из денисовских интрогрессированных генов^{334}. Специфически денисовский вариант гена (промаркированный как I207L) участвует в изменении одной-единственной аминокислоты в белке A20 (изолейцин заменяется лейцином), и этого оказывается достаточно для того, чтобы вызвать у носителей гена воспалительную реакцию, очень сильную по сравнению с теми, у кого этого гена нет. Чтобы установить силу аутоиммунного ответа конкретного гена, исследователи внедряют данный вариант в геном мыши, которую инфицируют одним из штаммов вируса Коксаки – высокозаразного болезнетворного патогена, поражающего руки, ноги и ротовую полость у детей до 5 лет (дети ложатся спать с нормальным самочувствием, а утром просыпаются с высокой температурой, покрытые ярко-красной сыпью). У мышей с генным вариантом I207L наблюдается значительно более сильная иммунная реакция и резистентность к вирусу, нежели у тех, которые его не имеют.

Распространенность этого варианта в современном мире не может не вызывать удивления: у людей, живущих восточнее линии Уоллеса, он встречается очень часто, а к западу от нее практически отсутствует. Возможно, TNFAIP3 закрепился у Homo sapiens в ходе положительного отбора после интрогрессии от денисовцев, поскольку усиливал их защиту от незнакомых тропических микробов. При тестировании иммуноцитов людей с вариантом I207L были отмечены повышенные иммунные реакции, которые могут служить для противодействия таким болезнетворным агентам, как микробы. В островной Юго-Восточной Азии и Океании носителями этого варианта являются от 25 до 75 % жителей. Больше он не встречается нигде. Следует отметить, что вариант I207L был обнаружен и у денисовской девочки с Алтая, «Денисова 3»; это позволяет предположить, что он появился до разделения популяции денисовцев в Восточной Азии, но после их отделения от неандертальцев, поскольку в геномах неандертальцев из Денисовой пещеры его нет.

Недавние исследования ДНК жителей Ближней Океании выявили несколько важных структурных делеций (потерь) в генах, имеющих решающее значение для обнаружения вирусов и регулирования способности организма вызывать противовирусные иммунные реакции^{335}. Все больше людей считает, что эти генетические различия окажутся весьма полезными для современной медицины. С одной стороны, знание о них позволит нам лучше понять, как разные группы людей развили в себе способность бороться с болезнями, а с другой – поможет нам в будущем оказывать адресную медицинскую помощь людям разного происхождения.

Учет интрогрессии денисовской ДНК также приближает нас к пониманию того, каким образом жители Тибета приспособились к жизни в высокогорье, где содержание кислорода в воздухе на 40 % меньше, чем на уровне моря. Некоторые из адаптационных способностей выявляются даже у новорожденных детей, имеющих в среднем меньший вес, чем младенцы из низко расположенных мест. С каждой тысячей метров увеличения высоты вес младенца уменьшается в среднем на 100 г. У них также ниже уровень гемоглобина в крови^[87]{336}, а уровень насыщения артериальной крови кислородом выше, чем у детей этнических китайцев (хань), живущих на такой же высоте^{337}. Считается, что это ответ на гипоксию^{338} – состояние, когда организм не получает достаточного количества кислорода для нормального функционирования. Отсюда может следовать вывод о том, что у тибетцев, вероятно, осуществлялся отбор генов, позволяющих им лучше переносить условия высокогорья.

Такое свойство определяется геном EPAS1. Ген EPAS1 есть во всех человеческих популяциях, но у тибетцев присутствует его специфический вариант, определяющий выработку белка, который обеспечивает своему обладателю реакцию на гипоксию и возможность полноценно жить на большой высоте^{339}.

Для изучения генетических аспектов этой адаптации ученые секвенировали экзомы группы тибетских крестьян^[88]. Они сосредоточились на специфической секции гена EPAS1 и обнаружили, что ОНП в тибетской версии гена имеет конфигурацию, отличную от варианта, имеющегося у китайцев хань и датчан, которые, конечно, привыкли к гораздо менее разреженному воздуху. Но как же тибетцы обзавелись именно этим генным вариантом? Приобрели его в результате мутаций или получили от кого-то еще? Загадку усложняла очень сильная генетическая близость между хань и тибетцами. Несмотря на эту близость, разница между этими народами в конфигурации EPAS1 составила 78 %, что, бесспорно, очень существенно для обитателей высокогорья. Несмотря на очевидно сильный отбор по этому гену, определить, каким образом он стал настолько доминантным в тибетских геномах, оказалось невозможно.