Палеогенетики секвенировали извлеченную из пещерных отложений ядерную ДНК неандертальцев

Палеогенетики выделили ядерную ДНК неандертальцев из грунтовых отложений в Денисовой и Чагырской пещерах на Алтае, а также в Galería de las Estatuas (Галерея статуй) в северной Испании. Ядерная ДНК более информативна, чем митохондриальная, которую научились получать из пещерных наслоений несколькими годами ранее. Метод расширяет инструментарий ученых в изучении древних популяций. Теперь в генетические исследования можно включать стоянки, где не обнаружены костные останки. Сравнительный анализ выделенных геномов позволил говорить о двух волнах миграции неандертальцев с востока на запад и об отличии их носителей друг от друга. Статья опубликована в Science.

Сведения о геноме неандертальцев до последнего времени в основном получали при секвенировании митохондриальной ДНК. Грунт, накапливающийся в пещерах, включает в себя следы органики — крови, экскрементов, волос и частичек кожи обитателей. В предшествующих исследованиях пещерных отложений изучалась только митохондриальная ДНК. Но по мтДНК можно проследить только материнскую линию в популяции, тогда как в хромосомах ядра наследуются признаки обоих родителей и позволяют получить более полную информацию.

Из-за большой редкости костных останков ядерный геном исследован только у 18 образцов Homo neanderthalensis, большая часть которых происходит из местонахождений в Европе. Первые сведения об извлечении мтДНК из седимента отложений, накапливающихся на дне пещеры, опубликованы Science в 2017 году.

Теперь палеогенетики из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Лейпциге (MPI-EVA) под руководством Бенджамина Вернота (Benjamin Vernot) впервые получили ядерную ДНК неандертальцев не из костей, а из пещерного седимента. Ученые извлекали ДНК из участков хромосом с наибольшим количеством мутаций, присущих только человекообразным. Это позволило исключить искажение результатов посторонними примесями и отделить ДНК гоминин от ДНК животных и микроорганизмов, в частности, отфильтровать примеси очень похожих ДНК пещерного медведя и гиены. 

Были отобраны 150 образцов пещерного грунта из всех трех пещер в слоях с возрастным диапазоном 50 000–200 000 лет. Результаты сравнили с данными ядерной ДНК из костей и зубов и митохондриальной ДНК неандертальцев из тех же отложений. В распоряжении палеогенетиков был секвенированный геном женщины из Чагырской пещеры, полученный из фаланги пальца, и несколько образцов генома из Денисовой пещеры. Ядерная ДНК из пещерного грунта полностью коррелировала с геномом, выделенным из костных остатков.

Результаты распределились так: материалы из седимента в Денисовой пещере соотносятся либо с денисовцами, либо с неандертальцами, но без смешения. В Чагырской и испанской пещерах выделен только чистый неандертальский геном.

Геном из Чагырской пещеры имеет существенные отличия от неандертальского генома из Денисовой пещеры. При этом в испанской Галерии-де-лас-Эстатуас присутствуют следы и той, и другой алтайской популяции неандертальцев, не связанные между собой и последовательно сменившие друг друга.

Филогенетический анализ позволил увидеть неоднородность неандертальского сообщества и обозначить хронологические промежутки, во время которых происходило ветвление популяции гоминин на Алтае. Генетически различающиеся группы неандертальцев проследовали из Азии в Европу в разное время. Первая — 135 000 лет назад, а вторая — 105 000 лет назад. Последняя дата, по мнению исследователей, совпадает со временем появления нового типа неандертальца — с выпуклой задней полусферой черепа и «классической» анатомией. Миграционные процессы могли быть обусловлены климатическими изменениями во время последнего ледникового периода.

Секвенирование ядерного ДНК из седимента — новый инструмент, который серьезно расширяет количество памятников, пригодных для изучения эволюции и миграционных процессов в древних популяциях. N + 1 уже писал о генетической преемственности у неандертальцев Европы и об их творческом наследии — украшениях и наскальных рисунках. 

А недавно мы рассказывали об изменении датировки и локализации появления неандертальской примеси в геноме современного человека на основе генетических данных из пещеры в Zlatý kůň в Чехии.

Елена Синицкая