По мере того как «сеть» взаимодействий между разными древними Homo становится более густой, генетикам всё труднее идентифицировать следы конкретных скрещиваний, особенно происходивших очень давно. Сложности добавляет и то, что древние геномы, известные учёным, пока что можно пересчитать по пальцам.
В новом исследовании, опубликованном в журнале PLOS Genetics, используется усовершенствованный алгоритм анализа геномов, заточенный на выявление следов интрогрессии (то есть проникновения последовательностей ДНК одного вида в другой в результате гибридизации). Методика ARGweaver-D анализирует набор геномов индивидов, принадлежащих разным популяциям, и подбирает демографическую модель, наиболее соответствующую наблюдаемой картине. Подход позволяет найти в геномах последовательности, доставшиеся в результате метисации, даже если это событие произошло сотни тысяч лет назад, а источник таких последовательностей неизвестен. Процедура может работать с небольшим числом анализируемых индивидов и, что важно, не требует сравнения с эталонным, «чистым» (несмешанным) геномом.
Сначала исследователи проверили, укажет ли новая методика на уже хорошо известную интрогрессию от неандертальцев к сапиенсам. В сравнении с другими подходами алгоритм показал высокую производительность и успешно выявил области неандертальского происхождения в геномах европейца (баска) и папуаса.
Но способен ли ARGweaver-D искать следы более древних метисаций? Генетики включили в новую модель геномы двух неандертальцев, из Виндии и из Денисовой пещеры, денисовца, а также двух современных африканцев (в африканских геномах почти отсутствует неандертальская примесь). В качестве внешней группы, для сравнения, использовали ДНК шимпанзе.
Первое, что обнаружили исследователи — генетические последовательности, доставшиеся неандертальцам от наших прямых предков. Такие последовательности составляли около 3% геномов обоих древних индивидов. Реальный размер интрогрессированной части у неандертальцев должен, по оценкам исследователей, быть ещё больше — процентов 7. Выходит, что эти древние Homo получили от наших предков больше ДНК, чем осталось от них у современного человека.
Исследователи взялись за анализ «сапиентного» наследия у наших ископаемых родственников. Любопытно несколько моментов. Во-первых, известно, что у современных людей неандертальские варианты практически отсутствуют на Х-хромосоме. Это связывали с отрицательным отбором, работавшим против данной части неандертальского наследия. В геномах неандертальцев генетики не увидели ничего подобного: на их Х-хромосоме оказалось достаточно сапиентных вариантов, причём у обоих индивидов. Интересно, что, хотя неандерталец из Виндии на 70 тыс. лет моложе алтайского, процент сапиентной примеси в обоих геномах почти одинаков и затрагивает те же участки хромосом. Если бы против наследия наших предков работал естественный отбор, у более «молодого» неандертальца размер примеси был бы меньше — но, как видим, это не так. Исследователи даже обнаружили некоторые признаки положительного отбора на сапиентные варианты. Интересный вопрос: отражает ли такая картина пользу, которую неандертальцам принесло смешение с сапиенсами? Может, и так, конечно. Но, возможно, неандертальская популяция просто была маленькой, и поэтому естественный отбор не справлялся с «генетическим грузом» вредных аллелей.
Когда же наши предки передали часть своей ДНК неандертальцам? Чем раньше это произошло, тем шире успели бы распространиться интрогрессированные варианты. Правда, в наличии у исследователей только два неандертальца. 37% сапиентных аллелей обнаружились в обоих геномах, причём в гомозиготном виде, то есть достались неандертальцам и от мамы, и от папы. Исходя из этого, учёные вычислили, что скрещивание произошло в промежутке между 200 и 300 тыс. лет назад. По оценкам археологов, сапиенсы расселились по Евразии около 50 тыс. лет назад, то есть гораздо позже. Полученный результат означает, что до этого имела место ещё одна, более ранняя миграция из Африки. Не к этой ли волне относятся древние сапиенсы Ближнего Востока? Эти первые мигранты могли полностью вымереть, оставив свой след только в неандертальских геномах.
Демографическая модель, использовавшаяся в исследовании. Цифры в скобках — размер популяций. По вертикали — время. Стрелки указывают направление интрогрессий. Пунктирные стрелки — предположительные интрогрессии.
А вот ещё интересный результат: примерно 1% генома достался денисовцам от неких сверхархаичных гоминин. По оценкам учёных, это скрещивание произошло более 225 тыс. лет назад. Кто же эти таинственные незнакомцы? Кто-то, чья линия отделилась от наших предков около миллиона лет назад. Вероятно, некие Homo erectus. На самом деле это не новость: раньше другая группа учёных получала подобный результат, причём в их исследовании доля «суперархаичной» ДНК у денисовцев составляла целых 6%. Однако теперь впервые удалось идентифицировать конкретные генетические последовательности этого архаического гоминина, составляющие 27 мегабаз. Фактически генетикам в руки попал небольшой участок ДНК неизвестного Homo.
А поскольку денисовцы скрещивались с нашими предками, то, по-видимому, через них немножко суперахаичной ДНК досталось и нам! И действительно, анализ выявил около 15% от найденной архаичной последовательности (то есть 4 Мб) в геноме одного из современных людей неафриканского происхождения. Исследователи полагают, что реальная цифра может быть раз в шесть выше.
Итак, что получается? Мы уже знаем, что неандертальцы и наши предки неоднократно скрещивались. Известно о смешении сапиенсов и денисовцев, а также о вкладе в человеческий генофонд ещё каких-то «денисовцеподобных» популяций. Раньше след неизвестных архаических гоминин находили в геномах африканцев. Теперь выясняется, что кто-то очень архаичный «наследил» в денисовской ДНК.
В целом, заключают авторы исследования, смешений найдено столько, что напрашивается вывод: разные группы древних Homo смешивались всякий раз, когда встречались друг с другом.