Возможно, неандертальцы вымерли из-за генетической несовместимости с людьми современного типа

Новости МирТесен

На протяжении многих лет ученые пытались разгадать тайну исчезновения неандертальцев, наших близких родственников. В чем причина того, что они вымерли, а люди современного типа – нет? Возможно, ответ кроется не в военных столкновениях, а в процессе, имеющем ключевое значение для продолжения рода – беременности. Новое исследование показало, что гибридные потомки, особенно дочери от союзов между неандертальцами и сапиенсами, чаще страдали от потери беременности вследствие генетических различий, что, по мнению исследователей, могло способствовать сокращению популяции неандертальцев.

Ученым хорошо известно, что предки Homo sapiens неоднократно пересекались с другим видом людей — неандертальцами (Homo neanderthalensis). Генетические исследования показывают, что эти контакты не всегда были конфликтными. Данные свидетельствуют о том, что как минимум две популяции этих видов вступали в близкие отношения. Ученые полагают, что от 50 до 45 тысяч лет назад группы людей современного типа, покинувшие Африку и переместившиеся в Евразию, активно скрещивались с неандертальцами.

От таких контактов рождались дети, и часть неандертальской ДНК перешла в популяции современных людей . Данный факт подтверждается генетическим анализом: у людей, не происходящих из Африки, в геноме присутствует от одного до двух процентов генов неандертальцев.

Однако этот аспект не был унаследован современными людьми — митохондриальная ДНК. Эта небольшая молекула, выполняющая роль энергетического центра клетки, передается исключительно по материнской линии, посредством яйцеклетки. Возникает вопрос, почему сапиенсы не получили ее от женщин неандертальцев? Если межвидовые связи и рождение потомства имели место, то какая-то из неандертальских женщин должна была передать свой генетический материал следующим поколениям. Данный вопрос на протяжении долгого времени оставался одной из ключевых неразрешенных задач в палеогенетике.

Международная группа ученых, включающая антропологов, эволюционных биологов и генетиков, во главе с Патриком Эппенбергером ( Patrick Eppenberger) исследователи из Цюрихского университета в Швейцарии, вероятно, приблизились к решению этой загадки. Они предполагают, что женщины-гибриды, чьи родители были сапиенсы и неандертальцы, нередко теряли детей в младенчестве. Это могло быть связано с несовместимостью генетического материала матери и плода, которая негативно сказывалась на красных кровяных тельцах.

Внимание специалистов привлек ген PIEZO1. Он имеет большое значение для функционирования красных кровяных клеток, эритроцитов, и оказывает воздействие на характеристики клеток, обеспечивающих эффективную транспортировку кислорода этими клетками.

У Homo neanderthalensis и Homo sapiens были различные аллели этого гена. Исследователи назвали неандертальскую форму V1, а форму сапиенсов — V2. Эппенбергер и его коллеги проанализировали ДНК неандертальцев и современных людей, чтобы выявить различия в конкретном гене — PIEZO1. По сути, целью исследования было выяснение, для чего природе необходимо наличие различных версий одного и того же гена.

Ученые разработали модель белка, определяемого PIEZO1. Таким образом, они воссоздали на компьютере его трехмерную структуру и изучили принципы ее функционирования. Благодаря сложному компьютерному моделированию и лабораторным исследованиям с использованием настоящих человеческих эритроцитов, Эппенбергер и его соавторы установили, что белок PIEZO1 у неандертальцев действовал иначе, чем у сапиенсов.

Неандертальцы обладали формой гемоглобина с вариантом V1, которая обеспечивала более прочное связывание кислорода и затрудняла его высвобождение. У людей современного типа вариант V2 был менее устойчивым».

Доминантный аллель обозначается как V1. Соответственно, если человек получил одну копию V1 от неандертальского предка и одну копию V2 от сапиенса, то характеристики его крови напоминали «неандертальские»: гемоглобин обладал повышенной способностью к связыванию кислорода.

В первом поколении такие гибриды, как правило, развивались без отклонений, вне зависимости от того, находились ли они в утробе неандерталки или женщины-сапиенс, поскольку мать не имела генетических мутаций — либо V1/V1, либо V2/V2. Однако, на втором поколении ситуация трансформировалась.

Когда у матери-гибрида присутствовали два типа генов — V1 и V2, а плод унаследовал две копии гена V2, гемоглобин матери удерживал кислород очень прочно и плохо передавал его плоду. Это препятствовало нормальному переносу кислорода через плаценту и могло приводить к кислородному голоданию плода, увеличивая вероятность выкидыша.

У женщины, являющейся носителем двух вариантов гена — V1 и V2, во время беременности ребенок получил две копии гена V2, поскольку и мать, и отец передали ему этот вариант PIEZO1 — из-за слишком прочного связывания кислорода гемоглобином в крови возникало нарушение градиента передачи кислорода через плаценту. Это приводило к тому, что кислород хуже поступал от матери к плоду, вызывая гипоксию (дефицит кислорода) и увеличивая вероятность выкидыша.

Согласно выводам авторов научной работы, подобная латентная генетическая несовместимость оказывала незаметное, но неуклонное влияние на численность популяции неандертальцев. Превышая неандертальцев по численности, люди постепенно внедряли свои гены в небольшие группы неандертальцев. В конечном итоге, каждое такое слияние могло привести к печальным последствиям для гибридных дочерей, чьи дети оказывались неспособными к выживанию.

«Подобные ситуации возникали на протяжении многих веков и ослабляли возможности неандертальцев для сохранения численности. Даже незначительный приток генов от сапиенсов в популяцию неандертальцев мог вызвать постепенное уменьшение рождаемости и усугубить демографическое снижение», — объяснил Эппенбергер.

Незначительные генетические различия практически не повлияли на сапиенсов, поскольку их численность значительно превышала численность неандертальцев. Даже если у отдельных гибридов возникали трудности с зачатием, это не сказывалось на благополучии вида в целом — слишком много других пар успешно рожали здоровых детей.

Помимо этого, специалисты полагают, что при наличии общих предков у неандертальцев и людей, неандертальские гены чаще всего передавались по мужской линии. А вариант гена V1, вызывавший трудности с усвоением кислорода, со временем исчез – естественный отбор просто «вывел» его.

В геноме современных людей сохранились фрагменты ядерной ДНК неандертальцев (обычно полученные от отцов-неандертальцев), в то время как митохондриальная ДНК, передающаяся исключительно по материнской линии, практически отсутствует.

Особое значение открытия заключается не только в его вкладе в палеонтологию. Ученые также подчеркнули, что у современных людей наблюдаются мутации в этом гене PIEZO1 со схожим эффектом. Некоторые случаи необъяснимой потери беременности в современном мире могут быть вызваны точно таким же механизмом — скрытым конфликтом между сродством к кислороду в крови матери и плода.

Несмотря на логичные выводы, к данному исследованию следует подходить с определенной степенью осторожности. Прежде всего, ученые проводили эксперименты с клетками в лабораторных условиях и создавали компьютерные модели. Безусловно, это важная работа, однако она не способна воспроизвести всю полноту и сложность живого организма, особенно организма беременной женщины, жившей полные пятьдесят тысяч лет назад. Процессы, наблюдаемые в лабораторной среде, могут не соответствовать тому, что происходит в реальном теле с его компенсаторными возможностями.

Во-вторых, ген PIEZO1 действительно влияет на перенос кислорода, но не факт, что одна единственная разница между вариантами V1 и V2 могла привести к массовым выкидышам и исчезновению целого вида. На выживание неандертальцев наверняка влияли и другие факторы — климат и болезни.

Вполне возможно, что на деле эффект PIEZO1 был очень слабым. Даже если генетическая несовместимость действительно существовала, она могла лишь немного снизить шансы на успешную беременность, а не стать решающим фактором.

Выводы исследователей представлены на сайте препринтов по биологии bioRxiv.org.