Текст книги "Мир до нас: Новый взгляд на происхождение человека"
Автор книги: Том Хайэм
сообщить о нарушении
Текущая страница: 6 (всего у книги 21 страниц) [доступный отрывок для чтения: 8 страниц]
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 Nature – одно из самых авторитетных изданий в области естественных наук – не только опубликовал статью, но и вынес ее заголовок на обложку. Восемь лет спустя я стал одним из соавторов другой статьи в Nature, сообщавшей о геномике народности бикер, обитавшей в Европе в бронзовом веке. В ходе этой работы было проанализировано более 400 геномов древних людей{107}. Еще совсем недавно никто не решился бы предсказать, что в нашем распоряжении окажется столь внушительный массив генетических данных, но он появился, что называется, в мгновение ока.
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 Homo altaiensis и включили это название в черновик статьи для Nature. Однако некоторые рецензенты усомнились в том, что для выделения нового вида достаточно одних только генетических данных. Что, если впоследствии выяснится, что в данном случае была секвенирована ДНК уже описанного наукой вида, например Homo erectus? Тогда ученые решили повременить с таксономическим определением своего открытия до тех пор, пока картина не прояснится, и в статье написали просто о «неизвестном гоминине»{109}. Паабо и Краузе заявили, что делать окончательные выводы насчет видовой принадлежности денисовской находки не следует, пока не будет считан ее гораздо более информативный ядерный геном. Пожалуй, лучше было сказать не «пока», а «если», ведь это исследование было сопряжено с весьма серьезными техническими сложностями.
Статья была опубликована в журнале Nature 24 марта 2010 г.{110} и стала настоящей сенсацией. Помню, как я сам несколько раз перечитывал ее, не в силах до конца поверить, что в незапамятные времена где-то в Евразии обитала еще одна разновидность людей. Как же археологи это проглядели? Да и вообще, так ли это? Не может быть сомнений в том, что мы и раньше находили кости таких человеческих родственников. Мое состояние полностью передают слова, сказанные тогда Сванте Паабо: «Я с трудом заставляю себя верить. Это кажется мне слишком фантастическим, чтобы быть правдой».
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 Nature: она спрашивала, не хочу ли я прорецензировать поступившую в редакцию статью. Обычно каждая публикация Nature содержит что-то совершенно новое и занимательное, и, конечно, я сразу же заинтересовался предложенным материалом. Статья была посвящена Денисовой пещере, и первым из ее авторов был некий Дэвид Райх из Гарвардского университета – совершенно незнакомое мне имя. В аннотации, помещенной прямо в письме, говорилось:
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.
