В самом конце прошлого года была опубликована статья, которая должна была попасть во все рейтинги лучших результатов года, но не успела, потому что составлялись эти рейтинги, естественно, заранее. Это статья про геном человека из Денисовой пещеры на Алтае.
Уже летом, после публикации митохондриального генома денисовца, стало ясно, что, если удастся определить последовательность генома ядерного, следует ожидать чего-то очень необычного. Тут надо сказать, что митохондрии — это клеточные органеллы со своим собственным, относительно коротким геномом. Из-за этого и из-за того, что в любом организме число молекул митохондриальной ДНК во много раз больше, чем молекул ядерной ДНК, секвенировать его (определить последовательность) намного проще: так, сейчас уже известно шесть полных и десять частичных митохондриальных геномов неандертальцев. Для дальнейшего будет существенно также, что митохондриальный геном, в отличие от ядерного, передается строго по материнской линии.
Так вот, судя по количеству различий, митохондриальный геном денисовца разошелся с митохондриальным геномом кроманьонцев (нас) и неандертальцев около миллиона лет назад. Для сравнения: митохондриальные геномы неандертальца и кроманьонца разошлись около 500 тысяч лет назад, секвенированные митохондриальные геномы неандертальцев между собой — 100 тысяч лет, митохондриальные геномы самых далеких друг от друга кроманьонцев — 200 тысяч лет (это возраст так называемой «митохондриальной Евы»).
Секвенирование ядерного генома денисовца стало возможно благодаря техническим продвижениям, аккуратной работе археологов и, как всегда, везению. Авторы придумали модификацию метода секвенирования древней ДНК, которая позволила избавиться от большинства ошибок, связанных с деградацией исходного материала: раньше измененные нуклеотиды читались неправильно, что приводило к ошибкам, а теперь по ним производился разрыв фрагментов ДНК, что не так существенно, поскольку эти фрагменты и так довольно короткие. Уровень ошибок секвенирования оценивался сравнением геномов денисовца и кроманьонца с геномом шимпанзе: в идеале количество отличий должно быть одинаковым. В действительности, отличий в геноме денисовца было в 1,7 раза больше, чем в геноме кроманьонца, что на порядок лучше, чем в опубликованном за полгода до этого геноме неандертальца. Само превышение, видимо, связано не столько с химическими изменениями ДНК, сколько с меньшим покрытием денисовского генома, каждый нуклеотид которого прочитан в среднем всего 1,9 раза.
Аккуратная работа с извлеченной из земли фалангой пальца, из которой впоследствии выделялась ДНК, как на раскопе, так и в лаборатории позволила сократить уровень загрязнения ДНК современного человека до уровня менее 1%. Этот уровень оценивался по анализу фрагментов митохондриальной ДНК, по количеству фрагментов мужской Y-хромосомы (в отличие от большинства исследователей-мужчин, денисовец был молодой женщиной, и таких фрагментов не должно было быть вовсе) и по сопоставлению данных, полученных секвенированием двух независимо изготовленных библиотек фрагментов.
Наконец, из-за каких-то особенностей пещеры необычно высоким оказался уровень сохранности ДНК: 70% прочитанных фрагментов оказалось человеческого происхождения, в то время как доля человеческих фрагментов при работе с неандертальской ДНК составляла 1-5%, а остальным была ДНК бактериального происхождения.
Итак, что же получилось? Основные результаты статьи укладываются в один, максимум три абзаца.
Денисовцы — это очень рано отделившаяся ветвь неандертальцев. Если средний участок генома неандертальца и кроманьонца имеет общего предка 800 тысяч лет назад, а популяции неандертальцев и кроманьонцев разошлись 270-440 тысяч лет назад (в этом нет парадокса, поскольку даже в одной популяции присутствуют участки геномов, разошедшиеся сотни тысяч лет назад), то последовательности денисовцев и неандертальцев разошлись в среднем 640 тысяч лет назад. При этом примерно 140 тысяч лет назад популяция неандертальцев, видимо, прошла через бутылочное горлышко, приведшее к резкому сокращению внутривидового разнообразия: все известные геномы неандертальцев из Евразии похожи друг на друга.
В отличие от неандертальцев, принесших примерно 2,5 % материала в геномы жителей Евразии (но не Африки), денисовцы не добавили ничего к нашему геному, но зато внесли около 5 % в геном жителей Меланезии (который, тем самым, содержит всего примерно 7,5 % некроманьонских участков).
Ну и, наконец, внимательный читатель уже должен был заметить противоречие между данными митохондриального генома, согласно которому денисовцы являются внешней группой относительно более близких друг к другу кроманьонцев и неандертальцев, и новосеквенированного ядерного генома, по которому денисовцы все-таки ближе к неандертальцам. Объяснения этому пока нет, точнее, есть несколько возможных, включая достаточно экзотическое предположение о том, что по материнской линии денисовцы восходят к еще одной, более ранней линии человека. Ясно одно: это не результат экспериментальной ошибки, поскольку в той же работе был секвенирован митохондриальный геном еще одного денисовца, молодого мужчины, который практически совпал с первым.
Понятно, что для полного прояснения предыстории человека — если такое вообще возможно — потребуется еще много геномов, и древних, и современных. Скажем, очень жалко, что ДНК не сохраняется в условиях тропиков, и потому нет надежды на секвенирование генома маленьких людей с острова Флорес. Но уже хорошо видно, как новые техники секвенирования изменяют весь стиль занятий антропологией и популяционной генетикой, давая возможность для массового анализа человеческих геномов. Пока что российские ученые — те, кому сейчас доступны современные приборы для секвенирования, — оказываются не в состоянии самостоятельно проводить исследования такого рода. Но хорошо то, что наши археологи и популяционные генетики участвуют в больших международных проектах и благодаря их трудам Россия присутствует на общем поле работ по изучению происхождения и истории человека.
Михаил Гельфанд