Кто мы и как сюда попали. Древняя ДНК и новая наука о человеческом прошлом

Можно понять, почему нам так сложно утверждать что-то о неандертальском наследии в нашем геноме на основании только мтДНК. Предположим, что скрещивание было и у неафриканского населения имеется заметная часть неандертальской ДНК, но мтДНК могла попасть к нам лишь от женщин-носительниц, при этом из всех матерей лишь немногие, жившие в те далекие времена, имели шанс донести до нас свою ДНК. А если добавить, что из тех счастливых матерей большая часть принадлежала к сапиенсам, то картина нашей сегодняшней мтДНК никого удивить не должна. Так что мтДНК на этот счет не слишком показательна. Однако долгое время в научных кругах принято было считать, что современные люди и неандертальцы не скрещивались… пока группа Сванте Пэабо не прочитала полный геном неандертальца и тем самым не открыла возможность увидеть историю всех предков, а не только по “женской” линии.

Мощный рывок в секвенировании неандертальского генома стал возможен благодаря гигантскому скачку в технологиях изучения палео-ДНК, произошедшему спустя десятилетие после прочтения митохондриального генома неандертальца.

До 2010 года основной упор в работах по древней ДНК делался на ПЦР, полимеразную цепную реакцию. Она предполагает выбор целевого фрагмента генома, когда с помощью синтезированных коротких, примерно двадцатибуквенных, кусочков ДНК, комплементарных к обоим концам целевого фрагмента, его можно выделить из общей массы экстрагированной ДНК. А затем много раз размножить с помощью определенных ферментов. Иными словами, из всего генома нужно выделить крошечную часть и сделать ее самой массовой последовательностью в образце. Этот метод отбрасывает большую часть генома (нецелевую часть), хотя и вычленяет интересующий участок.

Новый подход был кардинально другим. Он предполагал секвенирование всей ДНК, какая найдется в образце, вне зависимости от того, из какой она части генома, и без всякого предварительного целевого выбора. Это стало возможно благодаря зверской мощности новых машин, которые с 2006 по 2010 год снизили стоимость секвенирования в тысячу раз. Далее данные такого безвыборочного секвенирования анализируются с помощью компьютерных программ, и прочитанные кусочки складываются в практически целый геном, или же в зависимости от задачи можно сложить конкретные гены.

Команде Пэабо пришлось преодолеть великое множество трудностей при разработке этого подхода. Для начала необходимо было найти кости, из которых ДНК экстрагировалась бы в нужном количестве. Антропологи часто работают с фоссилиями (окаменелостями) – костями, минерализованными до состояния камня. Но из таких окаменелостей никакая ДНК не выделяется. Поэтому Пэабо искал материал, не до конца минерализованный, где оставалось немного органики, включая и хорошо сохранившиеся цепочки ДНК. Положим, такой “золотой образец” найден, но в нем помимо сохранившейся собственной ДНК будет еще и ДНК микробов и грибов, поселившихся в костях после смерти индивида, так что следующий шаг – как-то обойти проблему микробных загрязнений. А ведь эти загрязнения и составляют подавляющую часть ДНК в древних образцах. И наконец, необходимо учитывать и загрязнения, пришедшие от самих исследователей – археологов или молекулярных биологов, державших в руках образцы и реактивы и оставивших в них следы собственных ДНК.

Вообще загрязнения – серьезная проблема при изучении древней человеческой ДНК. Эти загрязнения могут запутать исследователя, ведь кость-то человеческая, а тот, кто подержал в руках окаменелую кость, является пусть и очень дальним, но все же родственником тому древнему человеку. Как правило, из хорошо сохранившейся неандертальской кости выделяются фрагменты длиной около сорока букв, а плотность различий между человеческой и неандертальской ДНК составляет примерно одно различие на шестьсот букв, так что порой невозможно сказать, кому принадлежит конкретный сорокабуквенный кусочек – древнему человеку или тому, кто подержал кость в руках. И загрязнения снова и снова сбивают исследователей с толку. Так, в 2006 году Пэабо со своей группой в качестве подготовки в полногеномному секвенированию неандертальца отсеквенировал на пробу около миллиона букв ДНК из его генома¹⁷

. И большая часть полученной последовательности оказалась современным загрязнением, что поставило под сомнение дальнейшую интерпретацию результатов¹⁸.