Эволюция человека изображалась в виде прямой линии, постепенно развивающейся от обезьяноподобного предка до современного Homo sapiens. Но благодаря секвенированию следующего поколения, а также открытию генетического материала вымерших подвидов древних людей, результаты последних лет показали, что все было не так упорядоченно. Генеалогическое древо человечества полно поворотов и ветвей, которые помогли сформировать то, чем мы являемся сегодня. Теперь исследование, опубликованное в журнале Cell, сообщает новые подробности о роли вирусов в формировании эволюции, в частности о вирусных взаимодействиях между современными людьми и неандертальцами.
«Нетрудно представить, что, когда современные люди встретились с неандертальцами, они заразили друг друга патогенами, пришедшими из соответствующей среды», - говорит первый автор Дэвид Энард (@DavidEnard), доцент кафедры экологии. и эволюционной биологии в Аризонском университете. «Путем скрещивания друг с другом они также передавали генетические приспособления, чтобы справиться с некоторыми из этих патогенов».
В настоящее время считается, что современные люди начали переселяться из Африки в Евразию около 70 000 лет назад. Когда они прибыли, они встретились с неандертальцами, которые, наряду со своими предками, адаптировались к этому географическому району на протяжении сотен тысяч лет. Окружающая среда Евразии повлияла на эволюцию неандертальцев, включая развитие адаптации к вирусам и другим патогенам, которые присутствовали там, но не в Африке.
Исследование клеток предоставляет новые подробности о роли адаптивной интрогрессии или гибридизации между видами в эволюции человека.«У некоторых неандертальцев были адаптивные мутации, которые давали им преимущества перед этими патогенами, и они смогли передать некоторые из этих мутаций современным людям», - объясняет Энард, завершивший работу, когда он был научным сотрудником Стэнфордского университета. «Это называется положительным естественным отбором - он отдает предпочтение определенным особям, которые несут эти выгодные мутации».
Энард и Дмитрий Петров (@PetrovADmitri), профессор биологии Стэнфордского университета Мишель и Кевин Дуглас и старший автор нового исследования, используют инструменты биоинформатики для изучения глобальных закономерностей эволюции на протяжении десятков тысяч лет. Их более ранние исследования были сосредоточены на том, как вирусы повлияли на эволюцию людей. В 2016 году они сообщили, что около трети белковых адаптаций с тех пор, как люди отделились от других человекообразных обезьян, были вызваны реакцией на инфекционные вирусы. В новой работе, основанной на этих выводах, рассматривалось, какая из этих адаптаций могла произойти от неандертальцев.
В текущем исследовании исследователи аннотировали тысячи генов в человеческом геноме, которые, как известно, взаимодействуют с патогенами - более 4 000 из 25 000 полных генов. «Мы сосредоточились на этих генах, потому что те, которые взаимодействуют с вирусами, гораздо чаще участвуют в адаптации к инфекционным заболеваниям, чем гены, которые не имеют ничего общего с вирусами», - говорит Энард.
Затем они рассмотрели, было ли обогащение участков ДНК неандертальца в этих 4000 генов. Более ранние исследования других групп показали, что ДНК неандертальца присутствует в организме человека. Эти последовательности общедоступны для исследователей в полевых условиях. Основываясь на анализе, Энард и Петров обнаружили убедительные доказательства того, что адаптивные гены, обеспечивающие устойчивость к вирусам, были общими для неандертальцев и современных людей.
«Многие неандертальские последовательности были утеряны современными людьми, но некоторые остались и, по-видимому, быстро увеличились до высоких частот во время контакта, что свидетельствует об их селективных преимуществах в то время», - говорит Петров.«Наше исследование направлено на то, чтобы понять, почему это произошло. Мы считаем, что устойчивость к специфическим РНК-вирусам, обеспечиваемая этими неандертальскими последовательностями, вероятно, была большой частью причины их селективных преимуществ».
«Одним из вопросов, который задавали себе популяционные генетики, является то, почему мы сохранили эти участки ДНК неандертальца в наших собственных геномах», - добавляет Энард. «Это исследование предполагает, что одной из ролей этих генов было предоставление нам некоторой защиты от патогенов, когда мы перемещались в новые условия».
Помимо раскрытия новых подробностей эволюции человека, отмечает Энард, еще одним преимуществом этого типа исследований является то, что они помогут исследователям раскрыть новые подсказки о вспышках древних болезней. Это потенциально может дать информацию о более эффективных способах мониторинга и лечения будущих эпидемий. «РНК очень хрупкая и быстро разрушается, поэтому трудно много узнать о древних болезнях, которые вызывались вирусами на основе РНК», - говорит он.«Вы можете думать об этих генетических адаптациях как о следах давно вымерших динозавров, сохранившихся в окаменевшей грязи. Даже не имея доступа к самим вирусам, ученые, изучающие доисторические эпидемии, смогут узнать о патогенах, которые их вызвали».