Неандертальцы переняли мужскую Y-хромосому у современных людей
В 1997 году самая первая последовательность ДНК неандертальцев — небольшая часть митохондриального генома — была определена у человека, обнаруженного в долине Неандер, Германия, в 1856 году. С тех пор усовершенствования молекулярных методов позволили ученым определить несколько высококачественных последовательностей аутосомных геномов нескольких неандертальцев и привело к открытию совершенно новой группы вымерших людей, денисовцев, которые были родственниками неандертальцев в Азии.
Однако, поскольку все образцы, хорошо сохранившиеся для получения достаточного количества ДНК, принадлежали женщинам, всесторонние исследования Y-хромосом неандертальцев и денисовцев еще не представлялись возможным.
В отличие от остальной части аутосомного генома, который представляет собой богатый набор из тысяч генеалогий предков любого человека, Y-хромосомы имеют особый способ наследования — они передаются исключительно от отца к сыну. Y-хромосомы, а также наследуемая по материнской линии митохондриальная ДНК оказались чрезвычайно ценными для изучения истории человечества.
Новый метод идентификации молекул Y-хромосомы
В новом исследовании ученые идентифицировали трех неандертальцев мужского пола и двух денисовцев, которые потенциально подходили для анализа ДНК, и разработали подход, позволяющий выделить молекулы Y-хромосомы человека из большого количества микробной ДНК, которая обычно загрязняет древние кости и зубы.
Это позволило им реконструировать последовательности Y-хромосомы этих людей, что было бы невозможно с использованием традиционных подходов.
Сравнивая архаичные человеческие Y-хромосомы друг с другом и с Y-хромосомами людей, живущих сегодня, команда обнаружила, что Y-хромосомы неандертальца и современного человека больше похожи друг на друга, чем на денисовские Y-хромосомы.
«Это было для нас большой неожиданностью. Изучая их аутосомную ДНК, мы знаем, что неандертальцы и денисовцы были тесно связаны между собой и что люди, живущие сегодня, являются их более далекими эволюционными родственниками. Прежде чем мы впервые посмотрели на данные, мы ожидали, что их Y-хромосомы будут давать похожую картину», — говорит Мартин Петр, ведущий автор исследования.
Исследователи также подсчитали, что самый недавний общий предок Y-хромосом неандертальца и современного человека жил около 370000 лет назад, намного позже, чем считалось ранее.
К настоящему времени точно установлено, что все люди неафриканского происхождения несут небольшое количество неандертальской ДНК в результате скрещивания между неандертальцами и современными людьми примерно 50 000-70 000 лет назад, вскоре после того, как современные люди мигрировали из Африки и начали распространяться по всему миру. Однако вопрос о том, могут ли неандертальцы также быть носителями современной человеческой ДНК, является предметом некоторых дискуссий.
Эти последовательности Y-хромосомы теперь предоставляют новое свидетельство того, что неандертальцы и ранние современные люди встречались и обменивались генами до основной миграции из Африки — возможно, еще 370 000 лет назад и, безусловно, более 100 000 лет назад.
Это означает, что некоторая популяция, тесно связанная с ранними современными людьми, должна была уже быть в Евразии в то время. Удивительно, но это скрещивание привело к замене исходных Y-хромосом неандертальцев на хромосомы ранних современных людей — закономерность, аналогичную той, что наблюдалась для митохондриальной ДНК неандертальцев в более раннем исследовании.
Отбор по Y-хромосомам от раннего современного человека
Поначалу полная замена Y-хромосомы и мтДНК у ранних неандертальцев вызывала недоумение, поскольку такие события замены вряд ли произойдут случайно.
Однако исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы показать, что известный небольшой размер популяций неандертальцев мог привести к накоплению вредных мутаций в их Y-хромосомах, которые снизили бы их эволюционную приспособленность.
Это очень похоже на ситуации, когда чрезвычайно малые размеры популяции и инбридинг могут иногда увеличивать заболеваемость некоторыми болезнями.
«Мы предполагаем, что, учитывая важную роль Y-хромосомы в воспроизводстве и фертильности, более низкая эволюционная приспособленность Y-хромосом неандертальцев могла привести к естественному отбору в пользу Y-хромосом ранних современных людей, что в конечном итоге привело к их замене», — говорит Мартин Петр.
Джанет Келсо, старший автор исследования, с оптимизмом смотрит на то, что эта гипотеза замены может быть проверена в ближайшем будущем: «Если мы сможем получить последовательности Y-хромосом от неандертальцев, которые жили до этого предполагаемого раннего события интрогрессии, таких как 430 000-летние неандертальцы из Сима-де-лос-Уэсос в Испании, мы предсказываем, что они все еще будут иметь оригинальную неандертальскую Y-хромосому и поэтому будут больше похожи на денисовцев, чем на современных людей.»
Martin Petr et al, The evolutionary history of Neanderthal and Denisovan Y chromosomes», Science; September 25th, 2020, science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.abb6460