Как неандертальцы потеряли свою Y-хромосому

Модель образа самца Homo Neanderthalensis

Галерея эволюции человека. Модель образа самца Homo Neanderthalensis. Музей Естественной истории, Лондон, Великобритания.

Неандертальцы издавна считались сверхлюдьми, по крайней мере по сравнению с их легковесными человеческими собратьями, с которыми они соперничали за пищу, территорию и партнеров. Но новые исследования показали, что самцы Homo Sapiens эффективно кастрировали своих мускулистых собратьев, когда они спаривались с неандертальскими самками более 100 000 лет назад. Эти союзы привели к тому, что современные Y-хромосомы распространились среди будущих поколений неандертальских мальчиков, в конечном итоге заменив неандертальскую Y.

Новое открытие могло бы разрешить давнюю загадку, почему исследователи не смогли обнаружить Y-хромосому неандертальца. Частично проблема заключалась в отсутствии мужской ДНК: из дюжины неандертальцев, чья ДНК уже была секвенирована, большинство принадлежало женщинам, поскольку ДНК в ископаемых останках неандертальцев была плохо сохранена или заражена бактериями. Мы начали задаваться вопросом, были ли вообще мужчины-неандертальцы, – шутит Джанет Келсо, вычислительный биолог из Института эволюционной антропологии Макса Планка и старший автор нового исследования.

Но для технического прорыва аспирант Макса Планка Мартин Питер разработал набор зондов, которые использовали последовательности ДНК из небольших фрагментов Y-хромосомы современных мужчин, чтобы “выловить” и связать с ДНК из Y-хромосом архаичных мужчин. Новый метод работает потому, что хромосомы неандертальцев и современных людей во многом схожи; ДНК-зонды также образуют несколько разные пары оснований.

Исследователи изучили фрагментированные Y-хромосомы трех неандертальцев из Бельгии, Испании и России, которые жили от 38 000 до 53 000 лет назад, и двух денисовцев мужского пола, близких родственников неандертальцев, которые жили в Денисовой пещере в Сибири от 46 000 до 130 000 лет назад. Когда исследователи секвенировали ДНК, их ждал сюрприз: неандертальская Y больше походила на современных людей, чем денисовцев, – говорит Келсо.

Это было загадкой, говорит Питер, поскольку более ранние исследования показали, что остальная часть ядерного генома неандертальца ближе к денисовцам. Это говорит о том, что эти две группы отделились от современных людей около 600 000 лет назад. Но появление необычной Y-хромосомы происходит параллельно с другим генетическим переворотом: останки неандертальцев, датируемые от 38 000 до 100 000 лет назад, содержат унаследованную митохондриальную ДНК (мтДНК) современной человеческой женщины вместо древней неандертальской мтДНК, найденной в более ранних окаменелостях. В этом случае ранняя самка сапиенса, вероятно, скрещивалась с неандертальским самцом более 220 000 лет назад, и их потомки несли современную мтДНК.

Лучший сценарий для объяснения Y-паттерна заключается в том, что ранние современные мужчины спаривались с неандертальскими женщинами более 100 000, но менее 370 000 лет назад, согласно вычислительным моделям исследования. Их сыновья будут носить современную человеческую Y-хромосому, которая передается по отцовской линии. Современные Y затем быстро распространились через свое потомство на небольшие популяции неандертальцев в Европе и Азии, заменив неандертальский Y, сообщают исследователи. Интересно, что современные скорее всего, были частью популяции, которая рано мигрировала из Африки, а затем вымерла. Следы ДНК неандертальцев в современных людях были унаследованы от одного события смешения между 50 000 и 70 000 годами назад.

Исследователи не уверены, почему произошла замена. Естественный отбор, возможно, благоприятствовал Y-хромосоме сапиенсов, потому что неандертальцы имели более опасные мутации в своих геномах, сказал Келсо. Неандертальцы имели меньшие популяции, чем сапиенсы, а небольшие популяции имеют тенденцию накапливать вредные мутации, особенно в X и Y половых хромосомах. Современные люди, с их более крупными и генетически разнообразными предками, могут иметь генетическое преимущество. Другая возможность заключается в том, что когда неандертальцы унаследовали современную человеческую мтДНК, их клетки могли облегчить взаимодействие с современным человеческим Y, говорит компьютерный биолог Адам сипел из лаборатории Колд-Спринг-Харбор, который не участвовал в исследовании.

Лучший способ проверить этот сценарий – получить ДНК от ранних неандертальцев, чтобы увидеть, похожа ли их Y-хромосома на Денисовскую. Между тем, исследование показывает, что смешение между современными людьми и неандертальцами было определяющей чертой истории гомининов, говорит популяционный генетик Джош Экки из Принстонского университета, а не частью исследования. Оно не только дало современным людям ДНК неандертальцев, но и коренным образом изменило нас.

Читайте также: