Древняя ДНК проливает свет на адаптацию ранних европейцев

Используя уникальный статистический анализ и применяя его к древней ДНК, извлеченной из человеческих скелетных останков, группа исследователей раскрыла новые сведения о том, как древние европейцы адаптировались к своей среде обитания на протяжении 7000 лет истории.

«Изучение древней ДНК позволяет нам вернуться назад во времени, отслеживая эволюционные изменения непосредственно в исторических популяциях», — сказал ведущий исследователь Вагиш Нарасимхан, доцент кафедры интегративной биологии, статистики и наук о данных в Техасском университете в Остине. «Мы выявляем генетические сигнатуры, которые были в значительной степени стерты или замаскированы в современных геномах».

Исследователи изучили более 700 образцов, взятых из археологических памятников по всей Европе и в некоторых частях России. Образцы охватывают период от неолита (около 8500 лет назад) до позднего римского периода (около 1300 лет назад).

Исследователи смогли обнаружить следы естественного отбора — признаки генетической адаптации к давлению окружающей среды, — которые не обнаруживаются в ДНК современных европейцев. Эти результаты не только открывают окно в далекое прошлое, но и иллюстрируют, как генетические черты, полезные для выживания и благополучия, могут со временем исчезнуть.

Исследования современных генетических образцов сталкиваются с трудностями в обнаружении древних событий естественного отбора. Естественный отбор оставляет едва заметные следы на нашем геноме, но эти следы могут стираться с течением поколений из-за рекомбинации, когда сегменты ДНК перемешиваются и разбавляются. Кроме того, древние сигналы адаптации могут быть замаскированы генетическим дрейфом — случайными колебаниями частоты появления генов — и смешением популяций, что приводит к исчезновению определенных адаптивных черт из генофонда.

Древняя ДНК дает прямой взгляд на геномы людей, которые жили ближе по времени к этим событиям, позволяя исследователям наблюдать эволюционные изменения до того, как они были утрачены. Таким образом, древняя ДНК помогает ученым реконструировать историческую динамику адаптации человека.

Исследовательская группа использовала новый статистический подход, который идеально подходит для изучения данных древних ДНК. Этот новый метод позволил научной группе обнаружить признаки естественного отбора более эффективно, чем традиционные методы. Ученые сгруппировали образцы по четырем временным периодам: неолит, бронзовый век, железный век и исторический период (от 2 тыс. лет назад). Этот подход позволил им отслеживать генетические изменения в ответ на изменения в образе жизни, такие как переход от охоты и собирательства к сельскому хозяйству.

«Наш метод дает более четкую картину того, как и когда определенные признаки были отобраны, особенно с учетом того, что эти сигналы были утеряны в современных геномах», — сказал Деванш Пандей, один из первых авторов статьи.

Изучая адаптацию человека в период перехода от охоты и собирательства к земледелию, а также развитие обществ государственного уровня, исследователи смогли проследить, как менялись гены, когда люди жили в более тесном соседстве друг с другом и с одомашненными животными.

В целом исследование выявило 14 областей генома, которые, по-видимому, подверглись значительному естественному отбору в течение этих временных периодов. Например, гены, связанные с признаками, которые позволяли ранним европейцам вырабатывать витамин D и переваривать молоко во взрослом возрасте, показали явные признаки отбора, но только в самые последние временные периоды.

Хотя светлая пигментация кожи, вероятно, помогала ранним фермерам вырабатывать витамин D в менее солнечном климате, способность переваривать молоко животных позволила людям использовать молоко в качестве источника питания после того, как молочное животноводство стало распространенным в Европе.

Возможно, способность переваривать молочные продукты была важна для выживания в периоды неурожая, нехватки продовольствия и болезней.

Исследователи также обнаружили, что гены, связанные с иммунитетом, подвергались селективному давлению в течение нескольких временных периодов, вероятно, когда древние популяции адаптировались к новым болезням, появившимся в результате распространения сельского хозяйства и последующих миграций. Интересно, что около половины этих адаптивных сигналов были обнаружены только в самые древние временные периоды, то есть они позже исчезли из-за генетического дрейфа или были замаскированы обширным смешением популяций.

Это исследование дает беспрецедентный взгляд на то, как европейские популяции адаптировались к экологическим проблемам на протяжении тысячелетий, помогая нам понять, как определенные черты сохранялись, исчезали или изменялись с течением времени. Результаты подчеркивают важность древней ДНК в реконструкции человеческой истории, демонстрируя, как черты, которые когда-то давали преимущество в выживании ранним европейцам, стали невидимыми в генетическом ландшафте сегодня.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.