Сочетая алгоритмы глубокого обучения и статистические методы, исследователи из Института эволюционной биологии (IBE), Национального центра анализа генома (CNAG-CRG) Центра геномной регуляции (CRG) и Института геномики в Тартуском университете идентифицировали в геноме азиатских особей след нового гоминида, который скрещивался со своими предками десятки тысяч лет назад.
Компьютерный анализ ДНК современного человека предполагает, что вымерший вид был гибридом неандертальцев и денисовцев и скрещен с современными людьми из Африки в Азии. Эта находка объясняет, что обнаруженный этим летом в пещерах Денисовой гибрид - потомок матери-неандертальца и отца-денисовца - не был изолированным случаем, а скорее был частью более общего процесса интрогрессии.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, впервые использует глубокое обучение для объяснения эволюции человека, прокладывая путь для применения этой технологии в других вопросах биологии, геномики и эволюции.
У людей были потомки неизвестного нам вида
Одним из способов различения двух видов является то, что, хотя они оба могут скрещиваться, они обычно не производят плодовитых потомков. Однако эта концепция гораздо сложнее, когда речь идет о вымерших видах. На самом деле история, рассказанная современной человеческой ДНК, стирает границы этих границ, сохраняя фрагменты гоминидов других видов, таких как неандертальцы и денисовцы, сосуществовавшие с современными людьми более 40 000 лет назад в Евразии.
Теперь исследователи из Института эволюционной биологии (IBE), Национального центра анализа генома (CNAG-CRG) Центра геномной регуляции (CRG) и Тартуского университета использовали алгоритмы глубокого обучения для определить нового и до сих пор неизвестного предка людей, который скрещивался с современными людьми десятки тысяч лет назад. «Около 80 000 лет назад произошел так называемый Выход из Африки, когда часть человеческой популяции, которая уже состояла из современных людей, покинула Африканский континент и мигрировала на другие континенты, дав начало всем нынешним популяциям», объяснил Жауме Бертранпети, главный исследователь IBE и глава отдела UPF. «Мы знаем, что с того времени современные люди скрещивались с неандертальцами на всех континентах, кроме Африки, и с денисовцами в Океании и, вероятно, в Юго-Восточной Азии, хотя свидетельства скрещивания с третьим вымершим видом были достоверно не подтверждено."
Глубокое обучение: расшифровка ключей к эволюции человека в древней ДНК
До сих пор существование третьего предка было лишь теорией, объясняющей происхождение некоторых фрагментов нынешнего человеческого генома (часть команды, участвовавшей в этом исследовании, уже предположила существование вымершего гоминида в предыдущее исследование). Однако глубокое обучение позволило перейти от ДНК к демографии предковых популяций.
Проблема, с которой пришлось столкнуться исследователям, заключается в том, что демографические модели, которые они проанализировали, намного сложнее, чем все, что рассматривалось на сегодняшний день, и не было доступных статистических инструментов для их анализа. Глубокое обучение «представляет собой алгоритм, который имитирует работу нервной системы млекопитающих с помощью различных искусственных нейронов, которые специализируются и учатся обнаруживать в данных закономерности, важные для выполнения данной задачи», - заявил главный исследователь Оскар Лао. в CNAG-CRG и эксперт в этом типе моделирования.«Мы использовали это свойство, чтобы заставить алгоритм научиться предсказывать демографические данные человека, используя геномы, полученные в результате сотен тысяч симуляций. Всякий раз, когда мы запускаем симуляцию, мы путешествуем по возможному пути в истории человечества. Из всех симуляций глубокое обучение позволяет нам наблюдать, что объединяет головоломку предков».
Это первый случай, когда глубокое обучение успешно используется для объяснения истории человечества, прокладывая путь для применения этой технологии в других вопросах биологии, геномики и эволюции.
Вымерший гоминид может объяснить историю человечества
Анализ глубокого обучения показал, что вымершие гоминиды, вероятно, являются потомками неандертальцев и денисовцев. Открытие этим летом окаменелости с такими характеристиками, похоже, подтверждает результаты исследования, подтверждая гипотезу о третьем виде или популяции, сосуществовавшей с современными людьми и спаривавшейся с ними.«Наша теория совпадает с гибридным образцом, обнаруженным недавно в Денисовой, хотя пока мы не можем исключить другие возможности», - сказал Маюх Мондал, исследователь Тартуского университета и бывший исследователь МБП.