Сотни тысяч лет назад предки современных людей отделились от архаичной линии, которая дала начало неандертальцам и денисовцам. Тем не менее, эволюционные отношения между этими группами остаются неясными.
Команда под руководством Университета штата Юта разработала новый метод анализа данных последовательности ДНК для реконструкции ранней истории архаичных человеческих популяций. Они раскрыли эволюционную историю, которая противоречит общепринятому мнению о современных людях, неандертальцах и денисовцах.
Исследование показало, что линия неандертальцев-денисовцев почти вымерла после отделения от современных людей. Всего через 300 поколений неандертальцы и денисовцы разошлись друг с другом около 744 000 лет назад. Затем мировая популяция неандертальцев выросла до десятков тысяч особей, живущих фрагментированными изолированными популяциями, разбросанными по всей Евразии.
"Эта гипотеза противоречит общепринятому мнению, но она имеет больше смысла, чем общепринятое мнение." сказал Алан Роджерс, профессор кафедры антропологии и ведущий автор исследования, которое будет опубликовано 7 августа 2017 года в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Другая история эволюции
Используя лишь ограниченные образцы ископаемых фрагментов, антропологи собирают историю эволюции человека, используя генетику и статистику.
Предыдущие оценки численности неандертальцев очень малы - около 1000 особей. Однако исследование 2015 года показало, что эти оценки занижают количество людей, если неандертальское население было разделено на изолированные региональные группы. Команда из Юты предполагает, что это объясняет несоответствие между предыдущими оценками и их собственной гораздо большей оценкой численности неандертальцев.
«Глядя на данные, которые показывают, насколько все было взаимосвязано, модель не предсказывала наблюдаемые нами генные паттерны», - сказал Райан Болендер, научный сотрудник онкологического центра доктора медицины Андерсона в Техасском университете. и соавтор исследования. «Нам нужна была другая модель и, следовательно, другая эволюционная история».
Команда разработала усовершенствованный статистический метод, названный легофитом, который учитывает множественные популяции в генофонде. Они оценили процент неандертальских генов, перетекающих в современные евразийские популяции, дату, когда архаичные популяции отделились друг от друга, и размеры их популяций.
Семейная история в ДНК
Геном человека насчитывает около 3,5 миллиардов нуклеотидных участков. Со временем гены в определенных местах могут мутировать. Если родитель передает эту мутацию своим детям, которые передают ее своим детям и так далее, эта мутация действует как семейная печать, отпечатанная на ДНК.
Ученые используют эти мутации, чтобы собрать воедино историю эволюции на сотни тысяч лет назад. Путем поиска общих генных мутаций в нуклеотидных участках различных человеческих популяций ученые могут оценить, когда группы расходились, и размеры популяций, вносящих вклад в генофонд.
«Вы пытаетесь найти отпечатки пальцев этих древних людей в других популяциях. Это небольшой процент генома, но он есть», - сказал Роджерс.
Они сравнили геномы четырех человеческих популяций: современных евразийцев, современных африканцев, неандертальцев и денисовцев. Современные образцы поступили из Фазы I проекта «1000 геномов», а архаичные образцы поступили из Института эволюционной антропологии Макса Планка. Команда из штата Юта проанализировала несколько миллионов участков нуклеотидов, имеющих общие генные мутации в двух или трех группах людей, и установила 10 различных паттернов участков нуклеотидов.
Вопреки общепринятому мнению
Новый метод подтвердил предыдущие оценки, что у современных евразийцев примерно 2 процента ДНК неандертальца. Однако другие результаты ставят под сомнение устоявшиеся теории.
Их анализ показал, что 20 процентов участков нуклеотидов демонстрируют мутацию, характерную только для неандертальцев и денисовцев, а это генетическая временная метка, отмечающая время до того, как архаичные группы разошлись. Команда подсчитала, что неандертальцы и денисовцы разделились около 744 000 лет назад, намного раньше, чем любая другая оценка разделения.
"Если неандертальцы и денисовцы отделились позже, то должно быть больше участков, в которых мутация присутствует в двух архаичных образцах, но отсутствует в современных образцах", - сказал Роджерс.
Анализ также поставил под вопрос, было ли неандертальское население всего 1000 человек. Для этого есть некоторые доказательства; ДНК неандертальца содержит мутации, которые обычно встречаются в небольших популяциях с небольшим генетическим разнообразием.
Однако останки неандертальца, найденные в разных местах, генетически отличаются друг от друга. Это подтверждает вывод исследования о том, что региональные неандертальцы, вероятно, были небольшими группами людей, что объясняет вредные мутации, в то время как мировая популяция была довольно большой.
«Идея состоит в том, что существуют небольшие, географически изолированные популяции, такие как острова, которые иногда взаимодействуют друг с другом, но перемещаться с острова на остров очень тяжело. Поэтому они, как правило, остаются со своими собственными популяциями», - сказал он. Болендер.
Их анализ показал, что неандертальцы выросли до десятков тысяч особей, живущих фрагментированными, изолированными популяциями.
«Существует богатая летопись окаменелостей неандертальцев. Существует множество мест нахождения неандертальцев», - сказал Роджерс. «Трудно представить, что их было бы так много, если бы во всем мире было всего 1000 особей».
Роджерс рад возможности применить новый метод в других контекстах.
«В какой-то степени это доказательство того, что метод может работать. Это захватывающе», - сказал Роджерс. «У нас есть замечательная способность оценивать вещи с высокой точностью, гораздо дальше в прошлое, чем кто-либо мог себе представить».