Неандертальцы прошли через демографическое бутылочное горлышко перед окончательным вымиранием

Неандертальцы исчезли приблизительно 40 тысяч лет назад. Долгое время демографическая история неандертальцев перед их вымиранием оставалась фрагментарной. Ученые знали о существовании генетических различий между ранними и поздними популяциями Европы, но точное время, масштаб и географический эпицентр этой смены оставались неизвестными. Предыдущие исследования опирались на изолированные генетические данные, не давая целостной картины того, как менялся ареал обитания вида на фоне климатических колебаний последнего ледникового периода.

Авторы исследования, опубликованного в журнале PNAS, извлекли митохондриальную ДНК (мтДНК) из костной пыли и зубов 10 неандертальцев. Останки нашли на шести археологических стоянках в Бельгии, Франции, Германии и Сербии. В выборку попали как взрослые особи, так и неандертальские младенцы и даже нерожденный плод из пещеры Зессельфельсгротте. Ученые отсеквенировали геномы и объединили их с 49 ранее опубликованными последовательностями мтДНК неандертальцев со всей Евразии.

Затем генетики построили филогенетическое дерево и рассчитали возраст эволюционных расхождений. Чтобы связать генетику с географией, сопоставили полученные данные с масштабной базой археологических находок ROAD (ROCEEH Out of Africa Database). Ученые наложили стоянки на климатические карты последних 130 тысяч лет, отследив изменения плотности расселения неандертальцев с шагом в 10 тысяч лет.

Оказалось, что 20 из 22 изученных геномов поздних неандертальцев, живших на территории от Испании до Кавказа, принадлежат к одной-единственной ветви мтДНК. Молекулярные часы указали, что эта гомогенная группа начала стремительно расширяться и ветвиться примерно 65 тысяч лет назад.

Археологическая база подтвердила генетические расчеты: в период от 80 до 70 тысяч лет назад ареал неандертальцев резко сократился. Авторы исследования связали это с наступлением морской изотопной стадии 4 (MIS 4) — сурового оледенения, которое сделало большую часть Европы непригодной для жизни. Неандертальцы выжили только в локальных рефугиумах (климатических убежищах). Самая высокая плотность стоянок того времени сохранилась на юго-западе Франции. Именно оттуда, как показала пространственная модель, примерно 65 тысяч лет назад началось повторное заселение Европы.

Новая волна мигрантов полностью обновила генетический ландшафт. Исключением стали лишь две редкие реликтовые линии, найденные у неандертальцев из пещеры Ле-Котте и грота Мандрен во Франции, — в силу географии они сохранили докризисные варианты мтДНК.

При этом демографическое моделирование зафиксировало, что около 45 тысяч лет назад эффективный размер женской популяции поздних неандертальцев снова начал падать, достигнув абсолютного минимума 42 тысячи лет назад. Накануне вымирания вида материнские линии полностью исчезли.

Резкие климатические сдвиги заставили неандертальцев пройти через жесткий демографический кризис задолго до масштабного расселения Homo sapiens. Выжив в локальном убежище и заново заселив Европу, они утратили значительную часть своего генетического разнообразия. Это радикальное обеднение генофонда сделало поздние популяции неандертальцев крайне уязвимыми перед новыми испытаниями, которые в итоге привели к полному исчезновению вида.