Помоги проекту - поделись книгой:
В 1984 г. в центральном зале у нижнего края раскапываемого слоя 22 был найден сильно стершийся, но хорошо сохранившийся человеческий молочный зуб-моляр, явно не похожий на зубы «современных» людей; несколько исследовательских групп усмотрели в нем сходство с зубами неандертальцев. Впрочем, уверенности ни у кого не было, и находку обтекаемо назвали зубом древнего человека, имея в виду, что это действительно был человек, но не такой, как мы. Тридцать с лишним лет спустя этот зуб будет изучен с использованием передовых методов анализа древней ДНК и окажется, что он принадлежал человеку незвестного доселе вида – денисовцу. На сегодняшний день зуб, получивший название «Денисова 2»{91}, является древнейшим фрагментом человеческих останков, найденным в Алтайском крае{92}. Генетический анализ позволил установить, что зуб принадлежал девочке, лишившейся его в возрасте 10–12 лет.
Раскопки прилегающих залов начались позднее. Южный зал раскапывали в 1999–2003 гг., и в 2017 г. работы были возобновлены, а в восточном зале раскопки ведутся с 2004 г. и до наших дней. За прошедшие годы во всех частях пещеры было сделано много других чрезвычайно интересных находок. В 1998 г. в слоях верхнего палеолита был обнаружен совершенно неожиданный для этого периода фрагмент обработанного темно-зеленого камня хлоритолита, вероятно являющийся обломком браслета; его возраст может составлять от 35 000 до 45 000 лет. Как правило, подобные изделия из полированного камня встречаются в отложениях значительно более поздней эпохи, неолита (новый каменный век, ~6000–5000 лет до н. э.){93}, когда возникло и начало распространяться сельское хозяйство. Однако браслет был найден гораздо глубже неолитических отложений, хотя нельзя исключать, что за бесчисленное множество веков он мог погрузиться в землю либо под действием просачивающейся воды, либо будучи втоптанным животными, что порой случается в пещерах. Раскопки показали, что в Денисовой пещере и во многих подобных ей животные, в том числе пещерные медведи, обитали чуть ли не все последние 200 000 лет. Случалось, что, устраивая лежки, они разрывали землю, при этом сдвигая археологические отложения и артефакты с их законных мест. Впрочем, Анатолий был уверен, что обломок браслета не претерпел значимых перемещений. Если он и впрямь настолько древний, как считается теперь, то нас ждут очень серьезные и неожиданные выводы. Возможно, нам придется переосмыслить данные о времени введения в обиход различных орудий труда и целях их применения.
Рис. 9. Зуб «Денисова 2», найденный в 1984 г. при раскопках в центральном зале
Одна из самых любопытных особенностей костного материала, до сих пор обнаруживаемого в Денисовой пещере, – его фрагментарность. Около 95 % костей разломаны на такие мелкие части, что не удается не то что определить вид животного, которому они принадлежали, но даже понять, чьи они вообще – животных или все-таки человека. Возможно, виновниками этого следует считать главных доисторических хищников этих мест – гиен, хотя медведи с волками также внесли свою лепту в разрушение останков. У гиен настолько мощные челюсти, что они разгрызают кости на мелкие кусочки, которые затем перевариваются в пищеварительном тракте. В Денисовой пещере часто попадаются кости со следами погрызов или пережевывания; кроме того, многие обломки разъедены желудочным соком животных. Случается, что гиены поедают и оленьи рога; в этом случае желудочный сок растворяет их острия. Проходя через пищеварительный тракт гиены, рога претерпевают довольно необычные изменения, и такие обломки, попадающиеся в археологических отложениях, вполне можно принять за обработанные людьми наконечники копий[21].
Хотя в это и трудно поверить, но гиены, которых мы воспринимаем исключительно как африканских животных, некогда были широко распространены по всей Евразии. Таксономия определяет евразийских гиен как
В те времена в Евразии обитали и другие животные, в том числе плотоядные, потомков которых мы теперь встречаем лишь в Африке. По всему континенту обнаруживаются останки пещерных львов и леопардов, а также шерстистых носорогов. Этих видов больше нет на Земле, но причины и обстоятельства их вымирания в этих регионах до сих пор не выяснены. Чаще всего объяснение сводится к изменению климата или охотничьей деятельности человека. Возможно, сказались оба фактора.
Исследование всей глубины археологических отложений в Денисовой пещере, в которой было выделено 22 культурных слоя, позволило нам понять, как менялись обстоятельства жизни людей на протяжении более чем 300 000 лет: что они ели, какого рода орудия делали и каким был климат той или иной эпохи. Тысячи выкопанных костей животных многое рассказали нам о погодных условиях в здешних местах в то время, ведь некоторые из представителей фауны были весьма чувствительны к состоянию окружающей среды{95}. Такие звери, как благородный олень, способны выжить лишь в сравнительно теплом климате, а, скажем, мамонт, шерстистый носорог и северный олень без труда приспосабливались к холодам. Какие-то животные предпочитают открытые степные ландшафты, а другие – лесные заросли. Немало информации также приносит изучение найденных в отложениях частиц пыльцы. В Денисовой пещере была выявлена пыльца по меньшей мере 30 видов деревьев и примерно такого же количества видов трав и кустарников, что позволило ученым смоделировать смену местной растительности вследствие перемен климата. Теперь мы определенно знаем, что за 300 000 лет климат в тех местах не раз изменялся, и весьма существенно, и, конечно, это не могло не сказываться на образе жизни людей.
Рис. 10. График изменения климата на протяжении последних 300 000 лет, составленный по содержанию изотопов кислорода в морских фораминиферах. Чем выше пик, тем теплее
Как же нам реконструировать природу этих климатических сдвигов, понять, происходили ли они очень резко или в более щадящем режиме? К счастью, мы располагаем несколькими сводками глобальных изменений климата за этот период, созданными на основе содержания изотопов кислорода в глубоководных донных осадках и годовых слоев льда на полюсах. У кислорода есть два основных изотопа: 16O и 18O; в ядре 18O содержится на два нейтрона больше, поэтому он тяжелее. При испарении морской воды в атмосферу преимущественно уходит 16O, а вода все больше насыщается 18O. Изменение пропорции содержания изотопов называется фракционированием. Фораминиферы, одноклеточные животные с наружным скелетом, на протяжении своей жизни достоверно регистрируют соотношение изотопов кислорода: чем теплее окружающая среда, тем выше в них содержание тяжелого 18O. Умирая, они оседают на дно и становятся частью морского ила. За многие тысячи лет этот осадок составил летопись из бесчисленного количества страниц-слоев. Ученые берут пробы осадка, извлекают из него фораминиферы и определяют, как меняется содержание изотопов по мере углубления в осадочную толщу. Мы также в состоянии датировать эти изменения, составляя, таким образом, продолжительную морскую палеотемпературную сводку.
Испарившаяся дождевая вода поднимается в атмосферу, охлаждается, перемещаясь в высокие широты Земли, и конденсируется. Если из океана испаряется больше воды, содержащей 16O, то в виде дождя или снега конденсируется больше воды с l8O. Эта разница особенно заметна при более низких температурах, и потому изотопный состав кислорода снега и льда в полярных областях может дать нам достоверные сведения о температуре на полюсах Земли. Повышенное содержание во льдах 18O указывает на холодные климатические периоды, а его уменьшение – на теплые. Подобное исследование было проведено в Гренландии: в ледяном щите толщиной свыше 3000 м пробурили скважину вплоть до скального основания и извлекли множество ледовых кернов. Определяя уровень изотопов кислорода в CO2, содержащемся во льдах, ученые составили график температурных вариаций за 125 000 лет. Аналогичное исследование в Антарктиде дало нам информацию об эпохе продолжительностью не менее 800 000 лет.
Эти разнообразные научные свидетельства позволяют представить, как менялись климат и окружающая среда в районе Денисовой пещеры на протяжении длительных отрезков времени. Случались периоды, когда условия были такими же, как в наши дни, или даже теплее, и тогда весь Алтай покрывался широколиственными лесами (период 5е на рис. 10). Первые денисовцы явились в пещеру в начале периода 7, также выдавшегося очень благоприятным. Однако бывали длительные эпохи, когда температура значительно понижалась и климат становился ледниковым[22]. Лиственные леса сменялись растительностью, типичной для северной тайги или степей, и животный мир был представлен соответственно – леммингами, северными оленями и т. п. Порой климат менялся с ужасающей скоростью. Данные, полученные в ходе бурения в Гренландии, показали, что изменения климатической системы проявляются на шкале тысячелетий очень резко, а поразительные скачки температуры и вовсе происходят за два-три года.
Определить охотничьи предпочтения обитателей Денисовой пещеры можно путем тщательного изучения порезов и следов разделки мяса на костях, обнаруживаемых при раскопках. Пещера расположилась прямо в том месте, где начинается узкое ущелье. Через это место животные обязательно проходили при перемещениях на новые пастбища или миграциях, оно неминуемо должно было привлечь внимание людей-охотников. К тому же здесь обнаружилась одна из редких в регионе пещер, так что это место во многих отношениях оказалось идеальным для заселения. Широкий ряд найденных костяных инструментов и артефактов позволяет заключить, что люди палеолита обрабатывали дерево и шкуры и получали волокна из растений. Позднее, в верхних слоях палеолитического уровня, 45 000 и менее лет тому назад, мы видим появление орудий и артефактов, имевших декоративное значение. К примеру, периодически из земли выкапывают мелкие проколотые пластинки из скорлупы страусиных яиц, которые могли использовать для украшения одежды или надевать на шнурок и носить на шее. В эпоху плейстоцена[23], в ходе ледникового периода, страусы, как и гиены, были распространены гораздо шире, чем в наши дни. Исследования показали, что они исчезли из Евразии лишь 10 000–12 000 лет назад. Древние люди отыскивали их яйца и делали из скорлупы украшения. Скорлупки яиц страусов возрастом до 40 000 лет обнаруживаются в Сибири, Монголии и Центральной Азии.
Рис. 11. Автор держит в руке пластиковый пакетик с только что найденной в Денисовой пещере замечательно сохранившейся костяной иглой
Денисовская экспедиция также находила зубы лисиц, северных и благородных оленей и бизонов, просверленные для создания украшений. Среди находок попадались просверленный в двух местах фрагмент кольца из бивня мамонта, трубчатые кости птиц с нанесенными в правильном порядке надрезами (для какой цели – неизвестно), мраморные кольца и костяные иглы, в которые можно было без труда продевать нитки и с помощью которых, вероятно, шили меховую одежду, штаны и обувь. Когда в 2016 г. одна из групп, раскапывавших центральный зал, обнаружила там совершенно целую костяную иглу длиной 7,5 см, я как раз находился рядом и видел это своими глазами. Невозможно передать, с какими чувствами берешь в руки только что извлеченный из земли предмет, изготовленный 35 000–40 000 лет назад, столь красивый и изящный. Я часто представляю себе время, прошедшее с тех пор, когда человек далекого прошлого в последний раз держал его в руках, как череду разделяющих нас поколений. Считается, что поколения сменяются через 21–23 года, и это значит, что с тех пор родились, жили и умерли более 1700 поколений. Я думаю о людях, изготовивших эти предметы, об их детях, родителях и дедах, о том, как была устроена их повседневная жизнь.
Что занимало их мысли? Какие надежды они питали, о чем мечтали? Что им приходилось делать, чтобы пережить пугающие изменения климата и условий окружающей среды, так часто и безжалостно дававшие о себе знать на протяжении последних 100 000 лет? А с недавних пор я начал задумываться и о том, что за люди – с антропологической точки зрения – могли сделать тот или иной предмет. Принято считать, что все эти находки были изготовлены руками наших прямых предков из вида
В июле 2008 г. один из археологов откопал в восточном зале Денисовой пещеры маленькую косточку. Анатолий Деревянко и Михаил Шуньков решили, что она может быть фрагментом останков анатомически современного человека. Кость представляла собой концевую фалангу мизинца особи, которой было где-то 13 лет от роду. Эта кость была зарегистрирована как «Денисова 3».
В следующем году крохотный кусочек этой кости отправился в Германию, где в лейпцигском Институте Макса Планка из нее добыли ДНК. За последние 20 лет в древней геномике произошла революция. В главе 6 мы досконально разберем ее значение для археологии в целом и для мелких фрагментов человеческих останков наподобие «Денисова 3» в частности. Но прежде я хочу рассмотреть ключевые аспекты «генетической революции», объяснить, как устроена геномика и что она может поведать нам о глубоком археологическом прошлом.
5
Генетическая революция
Древняя геномика, или знание о древней ДНК, сыграла революционную роль в изучении человеческой эволюции, а также в археологии: она помогла нам проникнуть в прошлое, вызвав сейсмические сдвиги во всех наших представлениях о нем. Мне посчастливилось быть свидетелем того, как древняя геномика начала совершенствоваться, а затем все более широко применяться. Это совпало с моим приходом в Оксфорд, где я познакомился с сотрудниками Центра биомолекулярной археологии Генри Уэллкома и начал работать с ними. Благодаря им и вместе с ними я мог в подробностях наблюдать развитие данной отрасли. В этой главе я собираюсь представить некоторые довольно замысловатые концепции, которые иногда бывают трудными для восприятия, но позволяют получить общие сведения хотя бы об основах геномики, а они, в свою очередь, очень пригодятся при чтении следующих частей книги. Я очень надеюсь, что, прочитав эту главу, а в дальнейшем увидев мою фразу об идентификации какого-нибудь количества ОНП в древнем геноме, вы сразу поймете, о чем идет речь.
Помню, как в конце 1980-х гг. я впервые услышал о потенциальных возможностях, которые способен дать науке анализ древней ДНК, извлеченной из человеческих костей. Поначалу результаты казались невероятными, а в некоторых случаях даже слишком хорошими, чтобы быть правдой{96}. Позднее несколько ученых своими трудами доказали, что иногда эти сомнения были оправданными. Случалось, что генетики, работая с костями, по неосторожности загрязняли их современной человеческой ДНК, и в результате анализ давал совершенно бессмысленные данные. В отдельных случаях выяснялось, что нуклеотидные последовательности «древней» ДНК относятся к бактериям с пола лаборатории, а не имеют древнее происхождение. Раздавались призывы к радикальному улучшению лабораторных протоколов и дублированию работ, что могло бы помочь избежать публикации недостоверных результатов{97}. От нескольких коллег, работающих в этой области, я слышал, что, по их мнению, эти вездесущие загрязнения вообще никогда не позволят извлечь подлинную ДНК древних людей. Они говорили, что даже мимолетное прикосновение к кости одним пальцем несет загрязнение, которое неизбежно проникает в самое «сердце» находки. Мой ныне покойный коллега Роджер Якоби иногда попросту лизал кости, предназначенные для радиоуглеродного датирования, чтобы узнать, не покрыли ли их каким-нибудь консервантом или клеем для сохранности. Интересно, что в 1850-х гг. археологи считали облизывание найденных костей надежным способом их датировки. Древняя кость, в отличие от находок современной эпохи, прилипала к языку, и потому многие исследователи старательно вылизывали кости, чтобы оценить их возраст. Наиболее известным примером такой датировки считается случай с первым найденным неандертальцем, фельдхоферской особью из Германии, упомянутой в главе 3{98}. А ведь таким облизыванием дело не ограничивается: представьте себе, сколько народу прикасается к найденным костям непосредственно на раскопках или в музеях, и вам станет ясно, что они не могли избежать неустранимого загрязнения{99}. Исследователи были вынуждены биться над вопросом: как аутентифицировать извлеченную ДНК, чтобы убедиться, что она подлинная, а не попала в объект исследования уже после его обнаружения?
К счастью, за последние годы все заметно изменилось в лучшую сторону. Ученые разработали потрясающие способы устранения загрязняющих веществ и фрагментов ДНК, полученных от других организмов, таких как микробы и бактерии, и выделения для анализа только эндогенной, или исходной, ДНК. Особое внимание уделяется обеспечению чистой среды в процессе извлечения ДНК. В лабораторных помещениях создают повышенное давление, чтобы, когда открывается дверь, наружный воздух ни в коем случае не попадал внутрь. Ученые также носят в лаборатории защитную одежду, чтобы гарантированно избежать загрязнения образцов костей и зубов своей собственной ДНК. При посещении чистой лаборатории необходимо не только использовать одноразовые бахилы или тапочки, предназначенные лишь для данного помещения, но и облачаться в средства индивидуальной защиты для всего тела. Наши тела щедро рассыпают частицы, содержащие ДНК, и крайне важно не допустить их попадания на предметы исследования. Едва ли не параноидальное отношение нескольких исследовательских центров – для нашей истории существенно, что к их числу относятся и лаборатории Института Макса Планка в Лейпциге, – к борьбе со всепроникающим загрязнением является одним из ключевых факторов, обеспечивающих нам сегодня возможность извлечь достоверно подлинную ДНК древнего человека.
Генетики также разработали методику извлечения ДНК с признаками «повреждения» или химического изменения, приобретенными с течением времени и говорящими о том, что она имеет древнее происхождение, а не получена из современных, загрязняющих источников.
Чтобы понять, зачем нужна борьба за чистоту при извлечении генетического материала и как осуществляется это извлечение, необходимо уяснить, что, собственно, представляет собой ДНК. Молекула ДНК похожа на закрученную вокруг воображаемой вертикальной оси веревочную лестницу. Сами веревки образованы чередующимися друг с другом молекулами дезоксирибозы и фосфатной группы. Ступеньки-поперечины формируются из так называемых оснований ДНК, или нуклеотидов: аденина (А), всегда находящегося в паре с тимином (Т), и гуанина (Г) – с цитозином (Ц). Со временем некоторые части ступенек претерпевают химические изменения. Нуклеотид цитозин, например, может превратиться в урацил, который при репликации ДНК связывается не с гуанином, а с аденином. Очень важно, что частота нахождения молекул урацила в ДНК тесно коррелирует с возрастом: чем древнее кость, тем больше в ней обнаруживается вкраплений урацила. При секвенировании ДНК в лаборатории фермент, используемый для расшифровки последовательности, будет указывать на привязку А к Т, а не к Г, с которым всегда связан цитозин{100}. Таким образом, Ц, словно по волшебству, превратится в Т. Эта замена Ц на Т приводит к повышенному содержанию Т на концах каждой лесенки ДНК. У непосвященных это может вызвать недоумение, но важно знать, что такая диспропорция указывает на высокую вероятность истинной древности цепочек ДНК и, как следствие, отсутствие в них загрязнений со стороны современной ДНК. Генетики способны физически отделять в лаборатории молекулы ДНК с высоким содержанием урацила, являющиеся, как им известно, древними, от загрязненных{101}.
Кроме того, древние молекулы ДНК с гораздо большей вероятностью будут состоять из коротких цепочек парных нуклеотидов, нежели из очень длинных. Дело в том, что более длинные цепочки оснований, как правило, относятся к современной ДНК и, следовательно, должны восприниматься как загрязнители, тогда как более короткие последовательности стали такими естественным путем из-за возраста и распада. Ученые знают это и, прежде чем приступить к анализу, стараются устранить длинные загрязняющие цепочки ДНК.
Для удаления загрязняющих веществ и повышения концентрации исходной (эндогенной) ДНК используются и другие химические методы, в том числе с применением химических очищающих средств, такие как отбеливание костей перед экстракцией ДНК{102}. Благодаря этому и другим достижениям науки мы, примерно с 2003 г., можем извлекать из человеческих костей бесспорно древние последовательности ДНК. (Здесь же я должен сообщить, что те из моих коллег, кто ранее был настроен скептически, очень рады тому, что оказались неправы.)
Другим крупным успехом древней геномики стала разработка мощных инструментов секвенирования, которые позволяют надежно секвенировать генетический код чуть ли не на промышленной основе.
В 1990-х гг. ученые преимущественно использовали метод ПЦР – полимеразной цепной реакции. Он не потерял своей значимости и сегодня; так, ПЦР широко применялась для выявления вирусной РНК в ходе исследований, связанных с началом пандемии Covid-19 в 2020 г. Этот метод основан на копировании маленьких фрагментов ДНК с использованием фермента полимеразы и их амплификации – многократного точного воспроизведения, что облегчает их исследование. Метод ПЦР оказался поистине революционным, и его автор Кэри Муллис заслуженно получил в 1993 г. Нобелевскую премию по химии{103}. Метод дает нам возможность добывать путем амплификации огромное количество пригодной для исследования ДНК. Исходный фрагмент ДНК используется полимеразой как шаблон для синтеза все новых и новых копий. Копия остроумно строится из новых нуклеотидов (оснований), которые связаны друг с другом полимеразой, начиная с так называемых праймеров – отдельных коротких отрезков ДНК (около 20 оснований), которые присоединяются к концу одной из частей фрагмента древней ДНК. Полимераза играет примерно ту же роль, что и застежка-молния, – собирает созданные, так сказать, в пробирке одиночные свободные основания-дезоксинуклеотиды и химически привязывает их к фрагментам ДНК одно за другим, в должном порядке, многократно увеличивая количество исходной ДНК.
На этом рассказ об амплификации можно завершить. Теперь о другом: как не только извлечь хорошо знакомую нам последовательность нуклеотидов – А, Т, Ц, Г (аденин-тимин и цитозин-гуанин), уникальный код ДНК, который формирует двойную спираль, также известную как древо жизни, – но и узнать, что же она означает? Чтобы разобраться в этом, необходимо сперва понять, что такое секвенирование, а для этого нужно вернуться в 1977 г., к разработке первой технологии геномного секвенирования нобелевским лауреатом Фредериком Сэнгером[24].
Точно выстроить буквенную последовательность ДНК удается благодаря весьма находчивому методу прекращения ПЦР на том самом основании, которое нужно прочитать. Для приостановки реакции добавляются дезоксинуклеотиды другого типа, не способные образовать химическую связь со следующим основанием в последовательности, – так называемые дидезоксинуклеотиды, или ддНТФ.
Рис. 12. Схема полимеразной цепной реакции
Фрагменты амплифицированной ДНК поровну распределяются по четырем колбам, в каждой из которых содержатся дезоксинуклеотиды, включающие в себя одно из оснований: аденин, тимин, гуанин или цитозин. Затем в каждую колбу добавляется определенный ддНТФ, или нуклеотид-терминатор. Итак, в первой колбе содержится только ддНТФ, помеченный аденином, во второй – цитозином и т. д. Таким образом, в первой колбе репликация ДНК продолжится до тех пор, пока реакция не остановится в точке, где к последовательности этого фрагмента ДНК добавляется меченный конкретным основанием ддНТФ. Вы получите четыре колбы, содержащие фрагменты ДНК переменной длины, которые оканчиваются на определенном основании: аденине, тимине, гуанине или цитозине.
Теперь, чтобы выяснить, какую позицию занимают эти основания в общей последовательности ДНК, необходимо количественно определить размеры каждого фрагмента, для чего служит следующая часть сэнгеровского процесса – электрофорез. Это слово всего-навсего означает движение различных частиц под действием постоянного электрического тока в жидкости – в нашем случае, в полиакриламидном геле. Содержимое каждой из четырех колб выливают в четыре отделения с гелем и включают ток. В каждом из отделений фрагменты ДНК перемещаются от отрицательного полюса к положительному. Чем меньше и легче фрагменты, тем дальше они продвигаются, образуя при остановке видимые полосы. В первой емкости будут находиться фрагменты, движение которых прервалось на А, во второй – на Ц, в третьей – на Г и в четвертой – на Т. После завершения опыта последовательность оснований можно прочитать снизу вверх в порядке увеличения массы фрагментов, а затем расположить в правильной очередности согласно известной парности нуклеотидов. Таким образом мы получаем последовательность ДНК – АГТТЦАГЦАТАГА и т. д. Этот метод был использован для создания человеческого генома в амбициозном проекте «Геном человека», который продлился 10 лет и обошелся его спонсорам в 3 млрд долларов.
Рис. 13. Схема секвенирования по Сэнгеру
ПЦР – безусловно, гениальное изобретение – все же имеет определенные недостатки, в частности касающиеся древней ДНК. Загрязняющая ДНК подвергается амплификации с тем же успехом, что и древняя; так удобрения, которые вы вносите в почву своего сада, способствуют росту не только роз, но и сорняков. Именно это на заре применения метода было главным затруднением при анализе фрагментов ДНК, извлеченных из костей и зубов.
Однако технология секвенирования непрерывно совершенствовалась, что сильно изменило положение вещей в области изучения древней ДНК. В авангарде этой революции шла американская биотехнологическая компания 454 Life Sciences. Говорят, что ее руководитель Джонатан Ротберг пришел к мысли об усовершенствовании технологии секвенирования ДНК, когда у одного из его детей начались серьезные проблемы с дыханием. Ротберг был удручен тем, что врачам никак не удается установить природу заболевания – наследственное оно или нет. Предположительно, ответ мог бы дать полный геном. Листая в больнице журнал, Ротберг заметил на его обложке фотографию нового микропроцессора Intel Pentium и подумал, что ускорение секвенирования путем параллельной работы с многочисленными фрагментами ДНК и управление процессом посредством мощной компьютерной системы позволят улучшить генетический анализ. Как итог, он основал компанию 454 Life Sciences, целью которой было повышение скорости секвенирования. Позднее компании предстояло стать ведущим партнером проекта «Геном неандертальца», заключавшегося в секвенировании ядерного генома неандертальского человека{104}. Это исследование и другие оригинальные научные работы принесли Ротбергу большие деньги. Как известно, часть этих денег он потратил на воссоздание в своем имении на Лонг-Айленде копии Стоунхенджа. Для этого сооружения, получившего название «Круг жизни», потребовалось 700 тонн гранита, доставленного из Норвегии.
Новейшие подходы к секвенированию, привнесенные 454 Life Sciences и другими компаниями, ускорили процесс едва ли не в 100 раз. В нем появилось несколько очень важных отличий от метода Сэнгера. Первое – более продвинутая химия процесса. К обоим концам коротких фрагментов ДНК, взятых из образца, «пришиваются» так называемые адаптеры, позволяющие секвенатору распознавать начало и конец каждого фрагмента. Секвенирование осуществляется на маленькой пластинке вроде предметного стекла для микроскопа, испещренной сотнями крошечных лунок, в которых находятся полимерные капсулы. Эти капсулы содержат нуклеотидные последовательности, дополняющие адаптеры, благодаря чему они прилипают к адаптерам на конце каждого фрагмента ДНК и удерживают их на месте. После этого в волнообразном порядке добавляются соединения, содержащие нуклеотидные основания – сначала А, затем Ц, затем Г, затем Т, и, как и при секвенировании по Сэнгеру, основания одно за другим включаются в последовательность ДНК при участии полимеразы. Основное отличие заключается в том, что этап электрофореза здесь заменен на метод пиросеквенирования, который позволяет выявлять основания гораздо эффективнее. После успешного добавления нуклеотида высвобождается пирофосфат, который затем проходит химическое превращение с выделением квантов света. Сверхчувствительная камера регистрирует все вспышки на пластине и, измеряя интенсивность вспышки, определяет, какое именно основание присоединилось к последовательности. Благодаря использованию этого метода процесс секвенирования ускоряется и делается непрерывным{105}.
Новые методики позволяют считывать десятки миллионов оснований за день. Этот метод и его последующие модификации носят название «секвенирование нового поколения»; его применение заметно активизировало работу по изучению древней ДНК в рамках археологических исследований. Новые, более совершенные платформы секвенирования, разработанные Illumina и другими компаниями, позволяют все больше ускорять и автоматизировать процесс. Теперь вместо дорогостоящих ферментов в секвенаторах для регистрации добавленных к последовательности оснований используют красители, соответствующие определенным нуклеотидам; цвет легко определяется цифровыми камерами высокого разрешения. Для секвенирования генома уже не требуется 10 лет, как потребовалось в случае с проектом «Геном человека», – достаточно один раз включить секвенатор на сутки-другие. За год можно расшифровать десятки тысяч геномов. Впрочем, с древней ДНК дело обстоит сложнее, поскольку она частенько оказывается сильно фрагментированной, а фрагменты ДНК – короткими, так что и времени для секвенирования необходимо больше.
Ну а теперь, когда мы разобрались с технологией секвенирования, поговорим о том, какого рода информацию можно получить из ДНК древних костей.
В человеческих костях содержится два основных архива генетических данных. Первый из них – митохондриальная ДНК (мтДНК). Митохондрия – это органоид, имеющийся в любой клетке и обеспечивающий ее энергией. В ней находятся мелкие кольцевидные хромосомы. Второй архив – это ядерный геном, который содержится только в ядрах клеток. Он представляет собой диплоид, двухцепочечную ДНК, одна половина которой унаследована от матери, а вторая – от отца. Ядерный геном является продуктом смешения, происходящего на протяжении жизни многих поколений, – рекомбинации. Следовательно, в ядерной ДНК каждого из нас хранится запись, затрагивающая не только нашу личность, но и чрезвычайно продолжительные отрезки генетической истории, ведь до нашего рождения игральные карты генетической информации раздавались и перетасовывались неоднократно. Так, отдельно взятый ядерный геном несет в себе бесконечно много сведений об очень длительной истории популяции. Что же касается митохондриальной ДНК, то она приходит к человеку только от матери, которая получает ее от своей матери, та – от своей и т. д. За счет значительно бóльших размеров ядерный геном намного информативнее, чем митохондриальная ДНК: если митохондриальный геном (митогеном) содержит около 16 500 пар оснований, то ядерный геном почти в 200 000 раз больше – в нем целых 3,2 млрд пар оснований.
Такое число трудно даже вообразить, но мы попытаемся. Допустим, мы решили написать книгу, в которой от начала и до конца будут представлены все пары оснований А, Ц, Г, Т из ядерного генома одного человека в должной последовательности. У нас получится 1,6 млн страниц по 2000 букв на каждой; чтобы книжками можно было пользоваться, ограничим объем каждой 500 страницами. В результате для одного полного генома нам понадобится библиотека из 3200 томов. Текст митохондриального генома при этом уложится всего лишь в восемь страниц. Впрочем, следует сказать, что, по всей видимости, значительная часть ядерного генома практически не несет информации; иногда ее даже называют мусорной ДНК[25]. У самых разных видов встречается немало этого «мусора», поэтому генетики часто сосредоточиваются на вариативных областях генома, которые называются ОНП (однонуклеотидные полиморфизмы). Благодаря своей изменчивости у разных людей и групп ОНП куда более информативны. Когда говорят, что генетики секвенировали 250 000 ОНП, чтобы сравнить различные геномы человека, речь идет как раз об этих вариативных участках генетического кода. Коммерческие компании, занимающиеся секвенированием ДНК, могут обработать для платежеспособного заказчика сотни тысяч ОНП из его генома.
В заключение необходимо сказать о том, как анализируют данные, полученные в результате секвенирования. Последовательность букв определенной ДНК можно сравнить с другими последовательностями, чтобы выявить различия и их значение. Эта операция называется выравниванием последовательностей. Буквы генетического кода располагают рядами, а ниже размещают другие последовательности. Если выравниваемые ряды размещены должным образом, различия между последовательностями в определенных точках буквенных строк становятся зримыми. Они могут указывать на точечную мутацию (место, где одно основание заменяется другим), а могут быть вызваны инсерциями (вставками) или делециями (потерями) кода ДНК, которые обычно измеряются отрезками от 1 до 10 000 оснований. Причинами этих явлений могут быть, например, смешение или скрещивание с другими, родственными видами. В наши дни все чаще изучаются последовательности ДНК с высоким покрытием. Для их анализа, сравнения с другими такими же последовательностями и определения значимости различий требуются мощные математические алгоритмы.
С 2013 г., благодаря генетической революции, количество исследованных в области археологии человеческих геномов увеличивается по экспоненте (см. рис. 14). Буквально с каждым месяцем секвенирование становится все более и более обыденной операцией. Значение этого вклада генетики в археологию невозможно преувеличить.
Я входил в число авторов первой статьи о расшифровке так называемого полного человеческого генома, увидевшей свет в 2010 г.{106} В этой работе описывалась последовательность ДНК древнего жителя Гренландии, получившего условное имя «Инук». Возглавлял это исследование Эске Виллерслев из Копенгагена. Работа была оценена так высоко, что журнал
Рис. 14. Рост числа публикаций с расшифровками полных древних геномов, 2010–2020 гг. (сведения за 2020 г. охватывают только первые полгода; данные предоставил автору лично Дэвид Райх)
Вклад генетики в изучение находок из Денисовой пещеры оказался особенно заметным. Именно благодаря использованию генетических методов она из рядовой сибирской палеолитической стоянки превратилась в один из самых знаменитых и важных археологических памятников всей планеты, название которого не сходит с уст ученых. Как мы увидим в следующей главе, кратко обрисованный здесь технический прогресс непосредственно и во многих отношениях неизбежно привел к открытию ранее неизвестного человеческого вида. Археологи, не один десяток лет ждавшие прорывных изменений в области анализа ДНК, уже давно были готовы пожинать плоды своего терпения.
6
Неизвестный доселе человек
4 декабря 2009 г., в пятницу, в городе Лейпциге, в ведущей генетической лаборатории мира – лаборатории Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка – произошло событие чрезвычайной важности.
Молодой ученый Йоханнес Краузе и аспирантка Цяомэй Фу занимались секвенированием ДНК из крохотного (7 × 5 мм) обломка кости мизинца человеческой руки. Кость принадлежала той самой особи, которую в 2008 г. обнаружили при раскопках слоя 11.2 в восточном зале Денисовой пещеры; об этом вскользь упоминается в конце главы 4. Предполагая высокую ценность находки, русские археологи передали ее Сванте Паабо – научному руководителю Йоханнеса, директору отдела эволюционной генетики Института Макса Планка, руководителю проекта «Геном неандертальца» и первопроходцу в области исследований древней ДНК. Выделив и секвенировав митохондриальную ДНК, Краузе сопоставил последовательность мтДНК из Денисовой пещеры с шестью последовательностями неандертальской мтДНК, которые группа Паабо исследовала ранее, а также с несколькими сотнями проанализированных образцов мтДНК людей, живущих в наше время.
Тогда-то он и заметил нечто необычное.
Если неандертальцы в среднем отличаются от современных людей положением 202 оснований из 16 500 пар митохондриального генома, то образец из Денисовой пещеры показал почти вдвое больше расхождений – в 385 позициях. Это могло иметь лишь одно объяснение: Краузе имел дело с чем-то иным – с новым типом «архаичного» гоминина, о существовании которого еще вчера никто не знал, не неандертальцем и не «современным» человеком – таким, как мы. Он вспоминает, что испытал настоящее потрясение. Прежде всего он позвонил Паабо (тот уехал куда-то на конференцию), чтобы сообщить ему новость. Краузе посоветовал наставнику присесть и лишь затем огорошил его сенсацией{108}.
Науке известно очень немного случаев обнаружения ранее неведомого вида человека, и вовсе ни одного, когда такое открытие было бы сделано в лаборатории. Для подобных событий палеоантропология отводила место в полевых экспедициях, когда на совочке вдруг оказывалась челюсть древнего гоминина или же при очередной археологической разведке в районе Восточно-Африканской рифтовой долины попадался фрагмент окаменевшей человеческой кости или даже часть скелета. А вот лабораторное открытие случилось впервые. Краузе говорит, что тот день был самым замечательным днем всей его научной карьеры. Паабо же вспоминает, что известие ошеломило и окрылило его. Он поспешил вернуться в Лейпциг, чтобы обсудить результаты с Краузе и его коллегами.
В научной таксономии при названии нового вида принято иметь так называемый голотип – образец или ряд образцов, которые затем считаются типовыми для данного вида. Таким, к примеру, стал фельдхоферский неандерталец. Часто описания голотипов с большим шумом и помпой преподносятся публике через ведущие научные журналы. Но в данном случае голотипа не существовало – имелся лишь крохотный обломок фаланги пальца, зарегистрированный как «Денисова 3». Что же делать?
Вначале Паабо, Анатолий Деревянко и группа их коллег решили назвать новый вид
Статья была опубликована в журнале
В тот же день в электронном письме я сообщил новость отцу. Он ответил: «Потрясающе, включу это в лекции для первокурсников». Это значило, что он действительно счел событие выдающимся!
В опубликованном чистовом варианте статьи группа Паабо называла особь, которой принадлежал костный фрагмент, «женщиной X». Ученые решили, что для того, чтобы она смогла по праву занять место в ряду найденных ранее доисторических гоминин, им придется взяться за кропотливую работу по секвенированию ядерной ДНК из костного обломка.
24 августа того же года мне написала Магдалена Скиппер, редактор
Используя ДНК, извлеченную из кости пальца, найденной в Денисовой пещере на юге Сибири, мы секвенировали геном архаичного гоминина примерно до 1,9-кратного покрытия генома. Особь относилась к популяции, имевшей с неандертальцами общее происхождение, но несхожую историю. Генетический вклад данной популяции прослеживается у меланезийцев, сама же она могла унаследовать гены какой-то другой, более архаичной группы гоминин. ‹…› Группу гоминин, к которой принадлежали эти люди, мы назвали «денисовцами»; по нашему предположению, они могли быть широко распространены в Азии в эпоху позднего плейстоцена{111}.
У меня отвисла челюсть. Они получили из этого образца ядерную ДНК? И уложились всего в несколько месяцев? Да еще и установили, что у меланезийцев сохранились фрагменты ДНК, унаследованные от этих самых «денисовцев»? Мне опять было трудно уложить в голове результаты и проистекающие из них следствия. Если первая публикация о «женщине X» была разорвавшейся бомбой, то эта представляла собой серию петард, разлетающихся во все стороны. Группа исследователей не только секвенировала ядерную ДНК, но и прочла практически каждое основание ядерного генома в среднем 1,9 раза. И все это при том, что нужно было картировать более 3 млрд пар оснований. Мы часто обозначаем покрытие знаком «X», чтобы показать, сколько раз в среднем было прочитано каждое основание и его позиция, то есть в данном случае покрытие составило 1,9X. Далее в статье сообщалось, что это стало возможным благодаря высокому содержанию эндогенной (исходной) ДНК, которую можно было извлечь из этой крошечной кости. Но даже с учетом этого технический прорыв в методах изучения ДНК, принадлежавшей существу, жившему много тысяч лет назад, был поразительным.
В образце «Денисова 3» сохранилось 70 % исходной ДНК. Для палеогенетических исследований этот уровень чрезвычайно высок. Куда чаще содержание эндогенной ДНК составляет около 1 %, лишь изредка доходя до 5, и потому ДНК, извлекаемая из древних костей, почти всегда имеет бактериальное происхождение. Но 70 %? С точки зрения сохранности образец можно было считать чуть ли не свежим. Трудно поверить, что исследователи проделали все это, имея в своем распоряжении фрагмент кости весом лишь 40 мг, с полтора рисовых зернышка. Можно сказать, всего ничего. И из этого они секвенировали ядерный геном.
Статья Райха от 2010 г. – эпохальная публикация и с технической, и с научной, и с палеоантропологической точки зрения. Палеоантропологи вновь и вновь возвращаются к ней по той простой причине, что в ней можно найти немало информации, актуальной до сих пор. Несколько позже, в 2012 г., к образцу «Денисова 3» был применен еще один новый метод геномного анализа, позволивший получить еще более обширные данные; анализировались отдельные цепочки ДНК, что существенно увеличило продуктивность работы и дало гораздо больший охват генома – 31X{112}.
За сухими фразами научных публикаций всегда стоят интересные истории, и история известной на весь мир косточки от мизинца под названием «Денисова 3» служит тому отличным примером. Осознав, что у них в руках оказалось нечто совершенно новое, сотрудники Паабо сразу помчались в Новосибирск, чтобы обсудить с Анатолием Деревянко и археологами, изучающими Денисову пещеру, полученные результаты и решить, что делать дальше. В ответ на просьбу предоставить дополнительный костный материал, Деревянко сказал, что отправил весь фрагмент кости в находящуюся в Беркли (Калифорния) лабораторию Эда Рубина. Рубин на первых порах участвовал в проекте «Геном неандертальца»{113} – чрезвычайно масштабной программе секвенирования, которую возглавлял Паабо. Итак, остатки бесценного для науки образца оказались у группы из Беркли. Паабо был расстроен и несколько озадачен. Он понял, что им грозит опасность быть втянутыми в гонку публикаций, поскольку группа из Беркли, несомненно, осведомлена о значении полученного образца и тут же займется секвенированием. Решающим фактором стало время.
В науке существует только первое место, второе – безусловный проигрыш. Но Паабо и его сотрудники не могли знать, что лаборатория Рубина отнюдь не спешила заняться алтайской косточкой, а напротив, отложила работу с нею на потом. Паабо быстро опубликовал результаты анализа митохондриальной ДНК, и группа переключилась на ядерный геном.
Между тем Рубин переслал полученный образец одной из своих коллег-палеогенетиков – Еве-Марии Гейгл из парижского Института Жака Моно, которая, вдохновившись публикациями Краузе и Паабо об анализе мтДНК, намеревалась секвенировать ядерный геном. Однако ее планам не суждено было осуществиться, так как она не смогла извлечь достаточное количество ядерной ДНК. После выхода статьи Райха Рубин попросил Гейгл вернуть кость, и в 2011 г. образец снова оказался в Беркли. Здесь его след исчезает. Косточку либо потеряли, либо просто положили не туда, но до сегодняшнего дня никому так и не стало известно, что случилось с драгоценным образцом и где он находится.
К счастью, перед тем как вернуть кость Рубину, Гейл не только сфотографировала ее в высоком разрешении, но и взяла несколько образцов костной ткани для дальнейшего исследования{114}. В 2019 г. Паабо уговорил ее опубликовать свои результаты. Геном мтДНК, полученный группой Гейгл, оказался идентичен данным Краузе и соавторов от 2010 г. Это стало подтверждением того, что и те и другие исследователи работали с одной и той же косточкой. Снимки высокого разрешения позволили реконструировать кость и виртуально связать ее с меньшей проксимальной частью, взятой ранее. Смоделированное изображение дало ученым возможность довольно точно определить возраст денисовской девочки, которой принадлежал палец. От младенческого до подросткового возраста наши кости претерпевают определенные изменения. Скажем, большеберцовая кость состоит из трех различных частей: диафиза (стержня) – средней, самой крупной части, двух метафизов, представляющих собой, упрощенно говоря, расширяющиеся оконечности диафиза, и двух эпифизов – суставных оконечностей кости, одна из которых смыкается с бедренной костью, а вторая – с предплюсной. У новорожденных эпифизы подвижны, так как не соединены с основным стержнем кости. Пока идет формирование новой кости и детская нога растет, эпифиз связан со стержнем лишь тонкой хрящевой пластинкой. Впоследствии пластинка твердеет (костенеет), и через некоторое время большеберцовая кость становится единым целым. Этот процесс называется закрытием эпифизарных зон роста. Изучив кости людей, чей возраст на момент смерти нам хорошо известен, биологические антропологи установили сроки, в течение которых эпифизарные зоны роста закрываются в различных костях – пальцев, ребер, бедер и т. д. Эти знания позволяют нам определять возраст людей, которым принадлежали костные фрагменты наподобие «Денисова 3». Виртуально соединив вместе два обломка и пристально исследовав степень закрытия, ученые смогли подсчитать, сколько лет было «Денисова 3» на момент смерти. В это время эпифиз пребывал в стадии закрытия, которая продолжается от двух до четырех месяцев. Фаланга мизинца была близка к окончательному окостенению, следовательно, особь находилась в возрасте ранней юности. Поскольку ядерная ДНК со всей определенностью показала, что кость была женской, ученым удалось сравнить состояние и размер косточки с аналогичными частями скелетов наших живых современниц и установить, что костный обломок принадлежал девочке тринадцати с половиной лет. Анализ бугристости и кривизны косточки весьма достоверно указал на то, что она представляет собой концевую фалангу мизинца правой руки. Далее, в главе 9, будет рассказано о том, как мы сумели определить, что возраст кости может колебаться от 52 000 до 76 000 лет.
Я не перестаю удивляться тому, как много информации можно извлечь из крошечной частички археологического материала: вся косточка имеет в длину лишь 2 см, и все же нам удалось восстановить возраст и пол особи, временной интервал, в котором произошла смерть, и часть скелета, которой она принадлежала. И мы, конечно же, располагаем полным ядерным геномом «Денисова 3», содержащим неисчерпаемое множество другой информации – от обыденного описания внешности (у девушки были темно-каштановые волосы, карие глаза, смуглая кожа – и никаких веснушек!) до особенностей популяционной истории, состояния здоровья и перенесенных болезней{115}.
Но как же вышло, что в образце «Денисова 3» так хорошо сохранилась ДНК? Дать однозначный ответ вряд ли удастся, но предположений существует несколько. Во-первых, косточка представляла собой самый кончик пятого пальца[26], а телесные оконечности первыми высыхают до утраты влаги, благодаря чему меньше подвергаются воздействиям плотоядных бактерий и эндогенных ферментов. На мизинце очень мало плоти и в обычных условиях, так что именно это могло способствовать сохранению ДНК. Во-вторых, дело может быть в самой пещере и ее условиях. В наши дни, входя в Денисову пещеру, нужно надевать пальто: там постоянно держится примерно одинаковая низкая температура. Участники раскопок облачаются в теплые комбинезоны и обувь, чтобы не замерзнуть, и в таком виде походят на астронавтов, готовых войти в ракету. Средняя температура – несколько градусов ниже нуля. Подобные условия благоприятствуют сохранению ДНК. Мой коллега Том Гилберт часто говорит, что ДНК похожа на мороженое: в холодном климате она «тает» не так быстро, как в тропиках. Но эти две версии нельзя считать исчерпывающими, поскольку во многих костях из Денисовой пещеры ДНК не осталось вовсе, она вся распалась. От одного участка пещеры к другому условия для сохранности органики могут изменяться. Кость – это сложный материал, состоящий из различных биомолекул, большую часть которых составляет смесь минерального цемента гидроксиапатита и белкового компонента, в котором превалирует коллаген. Уровень кислотности (pH), наличие воды, микробов и бактерий, температура – все это в различных сочетаниях способствует либо сохранению ДНК и коллагена, либо их распаду. Судя по всему, в некоторых частях пещеры костные органические вещества сохраняются для науки, а в других – ни в малейшей степени. Миром правит случай; для палеоантропологов «Денисова 3» – это пример редкостного везения.
Благодаря детальному секвенированию с высоким покрытием ядерный геном «Денисова 3» сумел очень многое рассказать нам и о современном человечестве, и о нашей отдаленной истории. Более широкое эволюционное родство между денисовцами и другими гомининами могло быть выявлено путем сравнения генома «Денисова 3» с эталонным геномом человека по линии, уходящей на миллионы лет назад к общему предку человека и шимпанзе. Такое сравнение позволяло определить, насколько далеко по этой линии денисовцы отошли от нас. Группа Райха рассчитала, что это случилось на 11,7 % обратного пути к общему предку. Для неандертальцев такой же анализ показал 12,2 %, то есть практически одинаковую степень расхождения, из чего можно заключить, что денисовцы и неандертальцы были близкородственными группами. Более поздние расчеты показали, что ветви денисовцев и неандертальцев разошлись около 420 000 лет назад{116}.
Как мы уже видели в главе 5, из-за колоссальной величины ядерного генома для его всестороннего анализа требуются немалые вычислительные мощности. Область науки, развивающая это направление, называется биоинформатикой, и представляют ее математики и популяционные генетики, имеющие внушительный опыт работы с большими числами и алгоритмами, которые позволяют распознавать закономерности и различия в длинных последовательностях оснований. В настоящее время применяется ряд новых статистических подходов, позволяющих выявлять эти закономерности. Один из них, именуемый тестовой D-статистикой{117}, был разработан Ником Паттерсоном, коллегой Дэвида Райха. Профессиональная подготовка Паттерсона пришлась здесь как нельзя кстати: в деле вычленения тенденций и закономерностей из огромного массива данных никто не смог бы добиться большего успеха.
В 1960-е гг., когда Ник еще был студентом Кембриджского университета, половина профессоров там была выходцами из Блетчли-парка – из той самой знаменитой группы по взлому шифров, которая помогла союзникам выиграть Вторую мировую войну. На первых порах он и сам присоединился к этому кругу и в начале 1970-х гг. занял должность криптографа в Центре правительственной связи Великобритании. Позднее он перебрался в США, где до конца холодной войны трудился в секретном Центре коммуникационных исследований. Оттуда он перешел в область хедж-фондов и фондовой биржи, где, используя математические методы, предсказывал, куда лучше инвестировать[27]. А в начале 2000-х гг., к счастью для всех, кто изучает эволюцию человечества, он вновь сменил сферу деятельности и переехал в Массачусетс[28], где вместе с Дэвидом Райхом стал работать над математическими исследованиями глубинных закономерностей генетики человека. На сей раз он поставил перед собой цель разобраться в сложной истории человеческих популяций и их предков. Его метод D-статистики ныне широко применяется для количественного определения величины генетических связей между популяциями (мы называем это «смешение»), а также для установления числа различий и подобий.
Паттерсон и Райх сравнили геном «Денисова 3» с геномами 938 наших живых современников из 53 популяций, разбросанных по всему миру. В этих геномах содержались генотипные данные примерно 642 690 ОНП – участков человеческой ДНК, обеспечивающих наивысший уровень изменчивости в ядерном геноме{118}. Ученые желали узнать, у каких из современных популяций обнаружится наиболее тесная связь с геномом денисовского человека. Путем сопоставления геномов они выделили три основных кластера. Семь человек, составивших первую группу, проживали в Африке к югу от Сахары. Вторая группа состояла из 44 человек, живших за пределами Африки, и одного жителя Северной Африки. В третью группу вошли папуасы и жители меланезийского острова Бугенвиль. В последней из групп было выявлено наибольшее количество аллелей, аналогичных денисовскому геному, а вторая вовсе не имела денисовской ДНК. Изучив долю производных аллелей, исходящих от неандертальцев или денисовцев, исследователи обнаружили, что около 2,6 % каждого из геномов неафриканских популяций восходят к неандертальцам. Это было известно и раньше (но не с такой точностью) из результатов проекта «Геном неандертальца», опубликованных еще в мае 2010 г. Но работа Райха и Паттерсона показала, что меланезийские геномы на 4,8 % восходят к денисовцам. Все это в совокупности означает, что около 7,5 % в геномах современных жителей Меланезии, по-видимому, занимает след от межпопуляционного смешения с этими не существующими ныне разновидностями людей. Вероятнее всего, дело тут в том, что в какой-то момент эволюции предков папуасов и меланезийцев им были переданы гены от денисовцев, и случилось это, когда наши предки покинули Африку и стали заселять Восточную Евразию, – примерно 50 000–54 000 лет назад.
Давайте остановимся на секунду, чтобы освоиться с этим фактом, ведь это настоящее откровение. Почти 8 % ДНК одной из групп наших современников унаследовано от других групп, давно уже исчезнувших… Менее десяти лет назад палеоантропологи считали интербридинг между «современными» людьми и неандертальцами невозможным и не верили, что они вообще когда-нибудь встречались. Теперь мы знаем, насколько ошибочным было это мнение.
Еще один интригующий факт, отмеченный в статье, относился к митохондриальной ДНК, содержащейся в человеческом зубе из Денисовой пещеры. «Денисова 4» (так зарегистрирована эта находка) – это хорошо сохранившийся моляр, найденный в южном зале пещеры. Паабо и его сотрудники строили догадки о том, не мог ли зуб принадлежать той же особи, от которой осталась косточка «Денисова 3». К сожалению, сохранность ядерной ДНК в зубе оказалась намного хуже, чем у «Денисова 3», а вот митохондриальную ДНК все же удалось извлечь и секвенировать с покрытием 58X, то есть каждая позиция генома мтДНК в среднем была прочитана 58 раз. Последовательность мтДНК отличалась от таковой у «Денисова 3» в двух позициях, так что образцы не могли принадлежать одному человеку, но их очень большое сходство наводит на мысль, что оба человека, вероятно, принадлежали к одной группе людей и хронологически отстояли не слишком далеко друг от друга. Параметры ДНК позволяют предположить, что менее чем за 7500 лет до того, как жили эти особи, был жив их общий предок. А это, в свою очередь, говорит о том, что, занимаясь денисовцами, мы действительно имеем дело с человеческой популяцией.
За несколько месяцев 2010 г. анализ крохотной косточки, зарегистрированной как «Денисова 3», в буквальном смысле переписал историю человечества. Маленький размер кости и отсутствие в ее ДНК Y-хромосомы привели генетиков к выводу, что «Денисова 3» – это часть скелета девочки-подростка. Благодаря бесценному дару, который преподнесла нам эта девочка, мы теперь знаем, что в глубине Евразии, помимо таких же людей, как мы, и неандертальцев, обитала еще одна группа людей, существование которой мы до недавних пор не могли и вообразить. Кроме того, ее геном рассказал нам, что ДНК денисовцев унаследовали некоторые из наших современников, которые сейчас живут в Меланезии и Австралии. Таким образом, становится очевидным, что, когда мы говорим о «происхождении современного человека», нам явно необходимо расширить этот термин, включив в него не только особую эволюцию нашего собственного вида, но и примеси, исходящие от других групп – групп, которые ранее считались скорее «иными», нежели «нами», или, как в случае с денисовцами, и вовсе оставались неизвестными.
Генетические данные денисовцев оказались настолько исчерпывающими по сравнению с немногочисленными останками скелетов, которыми мы располагаем, – всего четыре крошечных фрагмента, – что один журналист, рассказывая об исследовании денисовцев, написал: «геном ищет для себя окаменелости». В следующей главе я расскажу об усилиях, направленных на поиск других останков денисовского человека, чтобы, наконец, нарастить плоть на эти отдельные косточки.
7
Где искать окаменелости?
Можем ли мы установить, как выглядели денисовцы, если до нас дошли только мелкие частицы их останков? Геном «Денисова 3» предоставил нам информацию о фенотипе девочки из Денисовой пещеры, но, чтобы узнать больше об основной морфологии скелета и черепа этих людей, необходимо заполучить как можно больше ископаемых фрагментов.
Вести поиски целесообразно в двух направлениях. Во-первых, можно раскапывать новые археологические стоянки. На это требуются время и силы, но этот путь, несомненно, оправдан, и многие археологи предпочитают именно его. Во-вторых, мы можем исследовать коллекции музеев и университетов на предмет человеческих останков, которые необходимо идентифицировать и связать с одной из определенных разновидностей людей. Разве не может быть, чтобы среди фрагментов скелетов, оказавшихся в разных коллекциях и в настоящее время известных лишь как «
Рис. 15. Места археологических раскопок и стоянки на Дальнем Востоке
Поделиться книгой: