В ДНК Homo sapiens обнаружили следы двух неизвестных человеческих популяций возрастом до 2 млн лет

Анализ древней ДНК уже помог установить, что скифская элита состояла из близких родственников. Новое генетическое исследование расширило возможности такого анализа. Исследователи обнаружили в геномах современных людей следы двух ранее неизвестных вымерших популяций, одна из которых передала свою ДНК всем нынешним представителям Homo sapiens. Другая линия отделилась от предков современного человека примерно 1,8 миллиона лет назад и, возможно, была связана с Homo erectus. Об этом сообщило издание Live Science.

В геноме современных людей сохранились следы двух «призрачных» линий вымерших человеческих популяций. К такому выводу пришли авторы нового исследования. Одна из этих групп оставила генетическое наследие всем людям, живущим сегодня. Другая популяция была значительно древнее. Исследователи назвали её «суперархаической» линией. Она существовала почти два миллиона лет назад.

«Эти вымершие популяции, возможно, жили сотни тысяч — или даже более миллиона — лет назад, однако следы их генетического наследия сохраняются в наших геномах и сегодня», — рассказала соавтор исследования Прия Мурджани, которая изучает эволюционную генетику человека в Калифорнийском университете в Беркли.

На протяжении десятилетий исследователи находили доказательства того, что Homo sapiens скрещивались с ныне вымершими родственными группами. Среди них были неандертальцы и денисовцы. Их ДНК до сих пор можно найти в геномах современных людей.

Большинство людей, не происходящих из регионов к югу от Сахары, имеют примерно от 1% до 2,4% неандертальского наследия. У жителей Азии и Океании доля денисовской ДНК составляет примерно от 0,1% до 6%. Под Океанией исследователи подразумевают островные государства Тихого океана.

Ученые давно предполагали, что современные люди могли скрещиваться и с другими человеческими группами. Их пока не удалось установить по ископаемым останкам. Такие неизвестные популяции часто называют «призрачными» линиями. Поиск этих групп затрудняет нехватка образцов древней ДНК. Генетический материал сохраняется только при определенных условиях. Лучше всего он переживает тысячелетия в холодной и сухой среде.

«Древняя ДНК изменила наше понимание эволюции человека, но она может рассказать нам только о тех популяциях, ДНК которых сохранилась. ДНК выживает лишь в очень специфических условиях, как правило, в холодной и сухой среде, а это означает, что значительная часть нашей эволюционной истории, особенно в Африке, других тропических регионах и на очень глубоких временных масштабах, остаётся недоступной», — подчеркнула Мурджани.

Новый метод позволил найти древних предков без ископаемой ДНК

В новом исследовании Мурджани и ее коллеги исходили из того, что геном каждого человека содержит информацию о его происхождении. Они решили проверить, можно ли найти следы давно вымерших предков без анализа их костей. Для этого исследователи использовали геномы людей, живущих сегодня.

Команда разработала новый метод сканирования и сравнения генетических данных. Ученые проанализировали более 500 полных геномов современных людей из разных регионов мира. Это позволило воссоздать генеалогическую историю отдельных участков ДНК.

Для каждой части генома исследователи создавали своеобразное генеалогическое дерево. Оно показывало, когда различные генетические линии расходились, а впоследствии снова смешивались. Особое внимание уделили предкам, которые существенно отличались от современного человека.

Такие значительные различия свидетельствуют о том, что определённая популяция отделилась от линии Homo sapiens очень давно. В большинстве участков человеческого генома общий предок жил относительно недавно по эволюционным меркам. Однако иногда встречаются фрагменты гораздо более древнего происхождения.

Такие участки имеют общего предка, который жил значительно раньше. Это означает, что они могли попасть в геном современного человека от давно отделившейся человеческой популяции. Именно их и искали авторы работы. Новый подход не требует ДНК, извлечённой из окаменелостей. Древние генетические последовательности можно находить непосредственно в геномах современных людей.

Мурджани отметила, что ученым больше не нужно ждать исключительно хорошо сохранившихся ископаемых останков. По ее словам, живые люди хранят в своей ДНК следы древних предков. Генеалогические методы позволяют восстановить часть этой скрытой истории. Это открывает новые возможности для исследований.

Следы «призрачной» популяции сохранились в геномах всех современных людей

Сначала ученые проверили метод экспериментально. Он правильно определил неандертальское и денисовское происхождение отдельных фрагментов в геномах современного человека. После этого система обнаружила и ранее неизвестные случаи скрещивания с вымершими группами.

ДНК одной «призрачной» линии обнаружили у всех современных людей. Это свидетельствует о том, что она скрещивалась с Homo sapiens в Африке более 50 тысяч лет назад. Событие произошло до последней крупной миграции современного человека из Африки в другие регионы мира.

Соавтор исследования Юлин Чжан, работающий вычислительным биологом в Калифорнийском университете в Беркли, объяснил, чем новые результаты отличаются от предыдущих. Ранее ученые уже предполагали существование неизвестного архаичного наследия. Однако они не могли установить, присутствует ли оно только в африканских популяциях.

Также оставалось неясным время смешивания. Новый метод позволил найти и нанести на карту участки человеческого генома, происходящие от этой неизвестной группы. Исследователи показали, что такое наследие присутствует у всех современных людей. ДНК этой популяции составляет примерно от 0,5% до 1% генома современного человека. Это сопоставимо с долей неандертальского наследия у многих людей сегодня. Таким образом, её вклад был небольшим, но заметным.

По оценке исследователей, эта «призрачная» линия отделилась от предков современного человека примерно в то же время, когда разделились линии Homo sapiens, неандертальцев и денисовцев. Это произошло около 800 тысяч лет назад.

Одним из возможных кандидатов на роль этой неизвестной популяции является Homo heidelbergensis. Авторы исследования упомянули этот вид в своей работе. Его представители жили в Африке и Европе примерно от 700 тысяч до 200 тысяч лет назад.

Палеоантрополог Лондонского музея естественной истории Крис Стрингер не участвовал в исследовании. В то же время он согласился с таким предположением. По его мнению, «призрачной» группой действительно могли быть представители Homo heidelbergensis. Стрингер отметил, что этот вид существовал в Африке ещё примерно 300 тысяч лет назад. Поэтому он мог контактировать с популяциями, которые впоследствии стали предками современных людей. Однако окончательно подтвердить это пока невозможно.

У жителей Океании обнаружили следы древней линии, связанной с Homo erectus

Исследователи также обнаружили у жителей Океании следы гораздо более древней человеческой группы. Она отделилась от предков Homo sapiens примерно 1,8 миллиона лет назад. Это произошло ещё до появления общего предка современных людей, неандертальцев и денисовцев.

Доля этой «суперархаической» ДНК была очень небольшой. В среднем она составляла около 0,002% исследованных геномов жителей Океании. При этом эти фрагменты появлялись внутри участков денисовского происхождения.

Это свидетельствует о том, что изначально древняя популяция скрещивалась с денисовцами. Позже её ДНК попала в геномы современных людей уже в результате смешения Homo sapiens с денисовцами. Таким образом, генетическое наследие могло передаваться в несколько этапов.

Популяционный генетик Университета Колорадо в Боулдере Фернандо Вильянеа не участвовал в исследовании. Он предположил, что источником этой чрезвычайно древней ДНК мог быть Homo erectus. Homo erectus считается одним из дольше всего существовавших человеческих видов. Его представители обитали в разных частях Африки и Азии. Именно поэтому они могли вступать в контакт с предками денисовцев.

Вильянеа обратил внимание на черепа Homo erectus, найденные в Юньсяне в Китае. Они обладают некоторыми чертами, схожими с денисовскими ископаемыми останками. Это делает предположение о смешении возможным.

В то же время генетического материала Homo erectus сохранилось очень мало. На сегодняшний день ученые смогли проанализировать лишь ограниченное количество таких данных. Поэтому связь остается гипотетической.

Результаты работы показывают, что современный человек сформировался в результате взаимодействия нескольких человеческих видов. По словам Вильянеа, гибридизация в эволюции была скорее нормой, чем исключением. Подобные процессы регулярно происходят и среди многих других видов. Он отметил, что открытие помогает отойти от представления об особом и полностью обособленном пути эволюции человека. История Homo sapiens включала многочисленные контакты, скрещивания и обмен генами. Человеческие популяции не развивались изолированно.

Фрагменты ДНК двух новых линий распределены по всему человеческому геному. При этом больше всего их обнаружили в участках, связанных с иммунной системой и обменом веществ. Это может свидетельствовать об их пользе для выживания.

Мурджани пояснила, что приспособление к новым возбудителям болезней и источникам пищи было одной из главных движущих сил человеческой эволюции. Скрещивание с другими вымершими группами могло передать Homo sapiens полезные генетические варианты. Они помогали выживать в новых условиях.

«Эта работа подкрепляет фундаментальный сдвиг в нашем понимании эволюции человека. Вместо простого разветвленного дерева история человечества все больше предстает в виде сложной сети популяций, связанных повторяющимися эпизодами дивергенции, миграции и смешения», — подчеркнула Мурджани.

Стрингер согласился с этой оценкой. По его словам, технология дает косвенный способ реконструировать отдельные части геномов более примитивных человеческих видов. Среди них могут быть Homo erectus и Homo heidelbergensis.

В дальнейшем ученые планируют использовать этот метод для поиска других «призрачных» линий. Особое внимание они хотят уделить Африке и Южной Азии. Эти регионы до сих пор недостаточно представлены в исследованиях древней ДНК.

Мурджани добавила, что новый подход можно применять не только к людям. Он также поможет исследовать эволюционную историю других видов, для которых ископаемая ДНК сохранилась плохо или полностью отсутствует.

Напомним, что геномный анализ также помог раскрыть эволюционную историю пещерного льва Panthera spelaea, вымершего около 14 тысяч лет назад. Ученые сравнили ДНК 12 древних особей из России, Австрии и канадского Юкона с геномами 20 современных львов. Исследование показало, что их эволюционные линии разошлись примерно 1,7 миллиона лет назад, хотя виды время от времени скрещивались. Генетические особенности пещерного льва были связаны с ростом, зрением, работой мозга и кровеносной системой.