Международная группа ученых, специализирующихся на палеогенетике, установила, что приблизительно 65 тысяч лет назад европейские неандертальцы столкнулись с серьезным сокращением численности из-за внезапного изменения климата и наступления холодных периодов. Выжившие представители вида нашли временное пристанище на юге Франции, откуда затем вновь заселили территорию континента. Данное переселение повлекло за собой полную смену генетического состава: поздние неандертальцы оказались потомками одной материнской линии, что привело к безвозвратной утрате прежнего генетического разнообразия.
Неандертальцы вымерли около 40 тысяч лет назад. На протяжении длительного времени сведения о численности неандертальцев в период, предшествующий их исчезновению, были неполными. Исследователи знали о генетических различиях между ранними и поздними популяциями Европы, однако точный момент времени, масштаб и географический центр этих изменений оставались невыясненными. Ранее проводившиеся исследования основывались на отдельных генетических данных, которые не позволили создать полное представление о том, как менялся ареал обитания вида в связи с колебаниями климата последнего ледникового периода.
Авторы исследования, опубликованного в журнале PNAS, из костной пыли и зубов десяти неандертальцев были извлечены образцы митохондриальной ДНК (мтДНК). Останки были обнаружены на шести археологических стоянках, расположенных в Бельгии, Франции, Германии и Сербии. В исследование вошли как взрослые особи, так и неандертальские младенцы, а также нерожденный плод, найденный в пещере Зессельфельсгротте. Исследователи провели секвенирование геномов и сопоставили их с 49 ранее опубликованными последовательностями мтДНК неандертальцев со всей Евразии.
Для определения времени эволюционных изменений, генетики создали филогенетическое дерево и провели соответствующие расчеты. Чтобы установить связь между генетическими данными и географическим положением, исследователи сопоставили полученные результаты с обширной базой данных археологических находок ROAD (ROCEEH Out of Africa Database). Анализ стоянок был выполнен на климатических картах, охватывающих последние 130 тысяч лет, что позволило отследить изменения в плотности расселения неандертальцев с интервалом в 10 тысяч лет.
Анализ 22 геномов поздних неандертальцев, обитавших от Испании до Кавказа, показал, что 20 из них относятся к единой генеалогической линии митохондриальной ДНК. Согласно данным молекулярных часов, эта однородная популяция начала быстро расти и диверсифицироваться около 65 тысяч лет назад.
Данные археологических раскопок согласуются с генетическими моделями: в период между 80 и 70 тысячами лет назад территория, которую населяли неандертальцы, значительно уменьшилась. Ученые считают, что это произошло из-за наступления морской изотопной стадии 4 (MIS 4) — периода сильного оледенения, который сделал большую часть Европы непригодной для обитания. Неандертальцы смогли выжить лишь в небольших, благоприятных с климатической точки зрения, регионах. Наибольшее количество поселений того времени было обнаружено на юго-западе Франции. Согласно пространственной модели, именно из этого региона около 65 тысяч лет назад началось повторное освоение Европы.
Новый приток мигрантов существенно изменил генетическую структуру населения. За исключением двух редких, сохранившихся генетических линий, обнаруженных у неандертальцев из пещеры Ле-Котте и грота Мандрен во Франции, — вероятно, благодаря их географической изоляции, — они сохранили генетические варианты митохондриальной ДНК, существовавшие до текущего периода.
Согласно демографическим моделям, примерно 45 тысяч лет назад эффективный размер женской популяции поздних неандертальцев вновь начал сокращаться, достигнув наименьшего значения 42 тысячи лет назад. Перед исчезновением вида все линии, передающиеся по материнской линии, прекратились.
Из-за внезапных изменений климата неандертальцы столкнулись с серьезным демографическим кризисом, который произошел до их широкого распространения Homo sapiens. Пережив период изоляции в небольших группах и вновь колонизировав Европу, они потеряли существенную долю генетического разнообразия. Такое резкое снижение генетической вариативности сделало неандертальцев последующих поколений очень восприимчивыми к новым вызовам, которые в конечном итоге стали причиной вымирания этого вида.