Генетическая несовместимость с сапиенсами могла ускорить конец неандертальцев

Ученым хорошо известно, что предки Homo sapiens неоднократно пересекались с другим видом людей — неандертальцами (Homo neanderthalensis). Генетические данные свидетельствуют, что эти встречи не всегда были враждебными. По крайней мере две линии этих видов вступали в интимную связь. По мнению исследователей, между 50 тысячами и 45 тысячами лет назад группы современных людей, мигрировавших из Африки в Евразию, активно скрещивались с неандертальцами.

От таких контактов рождались дети, и часть неандертальской ДНК перешла в популяции современных людей. Это видно в генетическом «отпечатке»: у сапиенсов неафриканского происхождения наблюдается от одного до двух процентов неандертальских генов.

Однако один элемент так и не перешел к современным людям — митохондриальная ДНК. Эта маленькая молекула, энергетическая станция клетки, передается строго по материнской линии, через яйцеклетку. Почему же сапиенсы не унаследовали ее от неандертальских женщин? Ведь если происходили межвидовые браки и рождались дети, кто-то из неандертальских женщин должен был передать свой генетический код дальше. Этот вопрос долго оставался одной из главных загадок палеогенетики.

Международная команда антропологов, эволюционных биологов и генетиков под руководством Патрика Эппенбергера (Patrick Eppenberger) из Цюрихского университета в Швейцарии, возможно, нашла разгадку. Ученые выдвинули гипотезу, что женщины-гибриды, рожденные от сапиенсов и неандертальца, часто теряли детей на ранних сроках. Причина — несовместимость генов матери и плода, затрагивающая красные кровяные тельца.

Древний родственник человека обладал силой гориллы и ловкостью современных людей Ученые обнаружили хорошо сохранившиеся кисти рук парантропа Бойса — представителя рода, обитавшего в Восточной Африке примерно от 2,3 до 1,2 миллиона лет назад. Анализ останков показал, что его рук… naked-science.ru

Внимание специалистов привлек ген PIEZO1. Он играет ключевую роль в работе красных кровяных телец — эритроцитов, влияет на свойства клеток, которые помогают эритроцитам эффективно доставлять кислород.

У Homo neanderthalensis и Homo sapiens существовали разные версии этого гена. Ученые обозначили неандертальский вариант как V1, а вариант сапиенсов — как V2. Эппенбергер и его команда взяли ДНК неандертальцев и современных людей и посмотрели, чем они различаются в одном конкретном гене — PIEZO1. Проще говоря, хотели разобраться, зачем природе понадобились разные варианты одного и того же гена.

Исследователи создали модель белка, который кодируется PIEZO1. То есть «собрали» на компьютере его трехмерную структуру и посмотрели, как она работает. С помощью сложного компьютерного моделирования и экспериментов с настоящими человеческими эритроцитами в лаборатории Эппенбергер и его коллеги выяснили, что белок PIEZO1 у неандертальцев действовал иначе, чем у сапиенсов.

Кровяные тельца с неандертальским вариантом V1 связывали кислород намного сильнее и неохотнее его отпускали. У сапиенсов вариант V2 был менее «цепкий».

V1 — доминантный аллель. Значит, если человек унаследовал одну копию V1 от неандертальского предка и одну копию V2 от сапиенса, его кровь вела себя как «неандертальская»: гемоглобин сильнее связывал кислород.

Антропологи предложили переписать всю историю человечества за последний миллион лет Новый анализ окаменелостей, найденных в Китае в конце XX века, показал, что история сапиенсов, неандертальцев и денисовцев могла начаться гораздо раньше и, вероятно, была куда запутаннее, чем гласи… naked-science.ru

В первом поколении подобный гибрид обычно развивался нормально — как в утробе неандерталки, так и женщины-сапиенс, поскольку мать была «чистая» по гену — либо V1/V1, либо V2/V2. Но во втором поколении ситуация менялась.

Если мать-гибрид имела два варианта гена — V1 и V2, а плод в данном случае — две копии V2, то гемоглобин матери прочно удерживал кислород и плохо отдавал его плоду. Это нарушало градиент транспорта кислорода через плаценту и могло вызывать гипоксию у плода, повышая риск выкидыша.

У гибридной женщины с двумя вариантами гена — V1 и V2, — которая вынашивала ребенка с двумя копиями V2 (мать и отец передали ему одинаковую версию гена PIEZO1 — вариант V2), гемоглобин в крови слишком крепко связывал кислород и не отдавал его плоду. Из-за этого нарушался градиент передачи кислорода через плаценту: кислород хуже переходил от матери к плоду, плод испытывал гипоксию (недостаток кислорода), что повышало риск выкидыша.

Авторы научной работы полагают, что такая скрытая генетическая несовместимость действовала как тихий, но постоянный демографический пресс на популяцию неандертальцев. Поскольку сапиенсов было больше, гены от них постепенно проникали в небольшие неандертальские группы. Каждое такое проникновение в перспективе грозило трагедией для гибридных дочерей, которые теряли своих детей.

«Такие случаи накапливались тысячелетиями и подрывали способность неандертальцев поддерживать численность. Даже небольшой поток генов от сапиенсов в популяцию неандертальцев мог привести к постепенному снижению рождаемости и усилить демографический спад», — объяснил Эппенбергер.

Археологи прочитали историю родов по костям и зубам Ученые разработали тест на беременность для женщин, которые жили в далеком прошлом. С его помощью можно обнаружить половые гормоны в останках возрастом более 1000 лет, что поможет определить матере… naked-science.ru

Для сапиенсов эта генетическая несовместимость почти ничего не изменила, потому что их было гораздо больше, чем неандертальцев. Даже если у некоторых гибридов возникали проблемы с беременностью, это не влияло на общий успех их вида — слишком много других пар имели здоровых детей.

К тому же, когда неандертальцы и люди имели общих потомков, неандертальские гены, по мнению специалистов, чаще всего передавались через мужчин. А вариант гена V1, который создавал проблемы с кислородом, постепенно исчезал — природа просто «отсеяла» его через естественный отбор.

Поэтому в клетках современных людей остались следы ядерной ДНК неандертальцев (чаще унаследованные от мужчин-неандертальцев), а вот митохондриальная ДНК, которая передается строго по материнской линии, — практически нет.

Что особенно важно, это открытие имеет значение не только для палеонтологии. Исследователи отметили, что и сегодня у людей встречаются мутации в 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.

Отметим, несмотря на логичные выводы, к этому исследованию нужно относиться с осторожностью. Во-первых, ученые проводили опыты с клетками в лаборатории и строили компьютерные модели. Это нужная работа, но она не воссоздает всю сложность живого организма, тем более организма беременной женщины, жившей 50 тысяч лет назад. То, что происходит в чашке Петри, может не повторяться в настоящем теле со всеми его компенсаторными механизмами.

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.

Наконец, не исключено, что на самом 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.