Стародавня ДНК розкриває приховану еволюцію Європи

Використовуючи стародавні зразки, вчені змогли зазирнути в минуле та виявити нові маркери адаптації з перших днів сільськогосподарської революції. Використовуючи новий статистичний аналіз стародавньої ДНК із людських скелетних останків, дослідники з Техаського університету в Остіні та Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі відкрили нове розуміння того, як стародавні європейці адаптувалися до свого середовища протягом 7000 років. Висновки нещодавно були опубліковані в Nature Communications.

«Вивчення стародавньої ДНК дозволяє нам повернутися в минуле, відстежуючи еволюційні зміни безпосередньо в історичних популяціях», — сказав провідний дослідник Вагіш Нарасімхан, доцент кафедри інтегративної біології та статистики та наук про дані в UT Austin. «Ми розкриваємо генетичні сигнатури, які були значною мірою стерті або замасковані в сучасних геномах».

Дослідники вивчили понад 700 зразків, взятих з археологічних пам’яток по всій Європі та частині території сучасної Росії. Зразки охоплюють період від неоліту (приблизно 8500 років тому) до пізнього римського періоду (приблизно 1300 років тому). Дослідники змогли виявити сліди природного відбору — ознаки генетичної адаптації до тиску навколишнього середовища, — які неможливо виявити в ДНК сучасних європейців. Ці знахідки не тільки відкривають вікно в далеке минуле, але й ілюструють, як генетичні риси, корисні для виживання та добробуту, можуть з часом зникнути.

Дослідження сучасних генетичних зразків стикаються з проблемами виявлення давніх подій природного відбору. Природний відбір залишає тонкі ознаки в нашому геномі, але ці позначки можуть зникати з поколіннями через рекомбінацію, коли сегменти ДНК перемішуються та розбавляються. Крім того, давні сигнали адаптації можуть бути замасковані генетичним дрейфом — випадковими коливаннями частоти появи генів — і змішуванням популяцій, що спричиняє зникнення певних адаптивних ознак із генофонду. Стародавня ДНК забезпечує прямий погляд на геноми людей, які жили ближче до цих подій, дозволяючи дослідникам спостерігати еволюційні зміни до того, як вони були втрачені. Таким чином стародавня ДНК допомагає вченим реконструювати історичну динаміку адаптації людини.

Нові статистичні методи розкривають приховані закономірності

Дослідницька група застосувала новий статистичний підхід, який унікально підходить для вивчення даних стародавньої ДНК. Ця нова техніка дозволила команді виявити ознаки природного відбору ефективніше, ніж традиційні методи. Команда згрупувала зразки за чотирма часовими періодами: неоліт, бронзовий вік, залізний вік та історичний період. Цей підхід дозволив їм відстежувати генетичні зміни у відповідь на зміни в способі життя, такі як перехід від полювання та збиральництва до землеробства.

«Наш метод дає більш чітке уявлення про те, як і коли були відібрані певні ознаки, особливо коли ці сигнали були втрачені в сучасних геномах», — сказав Деванш Панді, аспірант клітинної та молекулярної біології та один із авторів статті.

Вивчаючи адаптацію людини під час переходу від полювання та збиральництва до землеробства, а також розвитку суспільств державного рівня, дослідники змогли спостерігати, як змінювалися гени, коли люди жили ближче один до одного та до домашніх тварин.

Ключові генетичні висновки

Загалом дослідження виявило 14 ділянок геному, які, як видається, зазнали значного природного відбору протягом цих періодів часу. Наприклад, гени, пов’язані з ознаками, які дозволяли раннім європейцям виробляти вітамін D і перетравлювати молоко в дорослому віці, демонстрували сильні ознаки відбору, але лише в останні періоди часу. Хоча світла пігментація шкіри, ймовірно, допомогла першим фермерам виробляти вітамін D у менш сонячному кліматі, здатність перетравлювати молоко тварин дозволила людям використовувати молоко як джерело живлення після того, як молочне скотарство стало поширеним у Європі.

«Можливо, ця здатність перетравлювати молочні продукти була важливою для виживання в періоди неврожаю, дефіциту їжі та хвороб», — сказав Нарасімхан.

Дослідники також виявили, що пов’язані з імунітетом гени зазнавали селективного тиску протягом кількох періодів часу, ймовірно, коли стародавні популяції адаптувалися до нових хвороб, запроваджених поширенням сільського господарства та подальшими міграціями. Цікаво, що близько половини цих адаптивних сигналів можна було виявити лише в найдавніші періоди часу, тобто вони згодом зникли через генетичний дрейф або були замасковані інтенсивним змішуванням населення.

Це дослідження дає безпрецедентний погляд на те, як європейське населення адаптувалося до викликів навколишнього середовища протягом тисячоліть, допомагаючи нам зрозуміти, як певні риси зберігалися, зникали або змінювалися з часом. Ці знахідки підкреслюють важливість стародавньої ДНК у реконструкції людської історії, демонструючи, як риси, які колись надавали першим європейцям перевагу виживання, стали невидимими в сучасному генетичному ландшафті.