Поиск
x
Журнал №190, июль 2019
Журнал №70, июнь–август 2019
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Наука

Дело о пропавшем предке

Текст: Джейми Шрив Фотографии: Роберт Кларк
25 июля 2013
/upload/iblock/713/7134d5913dabbd6a9f9e4f69728f9a87.jpg
Два коренных зуба, включая этот, и обломок фаланги мизинца – пока единственные ископаемые останки загадочных людей, которых называют денисовцами.
Фото: Роберт Кларк
/upload/iblock/810/810f26bb9a23b9f5622cd08e2fff30d8.jpg
Все костные останки были найдены в Денисовой пещере на юге Сибири. Неандертальцы и древние люди современного типа тоже жили в этих местах тысячи лет назад. На фото: студентка Зоя Гудкова прервала раскопки, чтобы фотографы сделали снимок.
Фото: Роберт Кларк
/upload/iblock/47a/47a0fca46c8f465512c7bb535d8d284e.jpg
Генетический материал, извлеченный из ископаемой кости, вроде кусочка в пробирке, может много поведать о древних людях, даже если скелетных остатков почти нет – как в случае с денисовцами.
/upload/iblock/4c3/4c3514b1b2ccbefdc00276b95e748904.jpg
Ближайшими родственниками денисовцев были неандертальцы. Покинув Африку, люди современного типа встретились с ними и даже оставили общих потомков – доказательства сохранились в нашем геноме.
/upload/iblock/8ea/8ea78c92a7d813eff15fdbbccacbbfcc.jpg
Сванте Паабо руководил группой ученых, изучавших ДНК денисовца. По его словам, цель исследований – не они, а мы: какие генетические изменения предопределили появление людей современного типа.
/upload/iblock/bca/bca516c97b4aff6eb4fc0f7df1843633.jpg
Этот слепок воспроизводит размер и расположение – на мизинце Сванте Паабо – кусочка кости, который позволил его лаборатории открыть денисовцев. Фрагмент фаланги принадлежал 8-летней девочке.
В пещерах России обнаружены следы загадочного нового представителя человеческого рода.
В Алтайских горах Южной Сибири, в 30 метрах над речкой Ануй, под скалой, скрывается Денисова пещера. Она издавна привлекает людей, а название получила по имени отшельника-старовера Дионисия, который, как говорят, жил в ней в XVIII веке. Задолго до Дионисия в пещере укрывались люди каменного и бронзового веков, а позднее – скифские племена, гунны и тюрки. И в Денисовой пещере на радость археологов образовалась мощная толща культурных наслоений. В своде ее главного грота есть отверстие, через которое проникают солнечные лучи, придавая пещере облик храма с высоким куполом.
История денисовской косточки получила неожиданное развитие.
В глубине прячется маленький боковой «придел» – именно там археолог Александр Цыбанков в июле 2008 года, копаясь в отложениях возрастом 30–50 тысяч лет, нашел крохотный кусочек кости. Находка не впечатляла: мелкий бесформенный обломок, похожий на камушек из тех, что попадают в ботинок. Позже, когда место приобрело известность, палеоантрополог, которого я встретил в Денисовой пещере, описал мне эту кость как «самую непримечательную и удручающую окаменелость из всех виденных». И все же это была кость. Цыбанков положил ее в мешочек и спрятал в карман, чтобы показать палеонтологу в лагере. Кость сохранилась ровно настолько, чтобы ученые смогли распознать в ней фрагмент фаланги от мизинца кисти примата. Поскольку в Сибири 30–50 тысяч лет назад никакие иные приматы, кроме людей, не водились, предположили, что обломок принадлежал человеку. Единственное, что было понятно по не полностью сформированной поверхности сустава: человек умер в детстве – было ему около восьми лет от роду. (Полевыми работами в Денисовой пещере руководит заместитель директора Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН Михаил Шуньков: именно настойчивость и профессионализм российских археологов привели к удивительным открытиям, о которых рассказывается в этой статье. Остальное, как говорится, – дело техники, которой лучше оснащены западные лаборатории. – Прим. российской редакции.) Анатолий Деревянко, академик и директор Института археологии и этнографии, посчитал, что кость принадлежит представителю нашего вида – Homo sapiens. Прежде в тех же слоях находили замысловатые артефакты, которые могли быть созданы только людьми современного типа – например, красивый браслет из полированного зеленого камня или костяные иголки с ушками. А ископаемые остатки, обнаруженные ранее в соседней пещере, принадлежали неандертальцам, так что кость могла оказаться и неандертальской. Деревянко решил распилить обломок пополам и попробовать извлечь из него ископаемую ДНК, раз ни на что больше он не годится. Для этого одну половину он отправил в Лабораторию генетики в Калифорнии – с тех пор ничего о ней не слышно. Вторую половинку он с курьером передал лично Сванте Паабо, генетику из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге. Именно там история денисовской косточки получила неожиданное развитие. Паабо считается главным экспертом по древним ДНК и может гордиться многими достижениями. Так, в 1984 году он впервые извлек ДНК из египетской мумии, а в 1997-м проделал то же самое с костями неандертальца, жившего за 25 тысяч лет до египетских фараонов. Поэтому с подобными вопросами чаще всего стали обращаться именно к нему. Когда пришла посылка от Деревянко, Паабо и его сотрудники как раз упорно работали над расшифровкой полного генома неандертальца, то есть над проблемой, как многим тогда представлялось, из области фантастики. И лишь в 2009 году маленькая косточка из России привлекла внимание Йоханнеса Краузе, в то время ведущего исследователя группы Паабо (сейчас он работает в Тюбингенском университете). Именно Краузе создал методику, позволявшую отличать подлинную ископаемую ДНК от органического вещества, занесенного археологами, сотрудниками музеев и прочими людьми, чьи руки соприкасались с окаменелостью. Взглянув на обломок денисовской фаланги, Краузе предположил, что это кость раннего представителя человека современного типа. Вместе со студентом Сяомеем Фу он выделил из образца фрагменты митохондриальной ДНК. Ее легче обнаружить в древнем органическом веществе, потому что при жизни организма она существует во множестве копий. Ученые сравнили полученные фрагменты с последовательностью ДНК у неандертальцев и ныне живущих людей. Анализ пришлось повторить: настолько ошеломляющими оказались результаты. Однажды, когда Паабо выехал в лабораторию Колд-Спринг-Харбор на Лонг-Айленде, Краузе позвонил ему. «Йоханнес спросил меня, сижу ли я, – вспоминает Паабо. – Я сказал, что стою, и он посоветовал мне взять стул». Краузе считает тот день «самым захватывающим в своей научной жизни». Оказалось, что маленький кусочек кости не имеет никакого отношения к людям современного типа. Равно как и к неандертальцам. Он принадлежал человеку, о существовании которого никто даже не догадывался. В июле 2011 года, через три года после того как Цыбанков нашел обломок кости, Анатолий Деревянко организовал научный симпозиум в археологическом лагере недалеко от Денисовой пещеры. Торжественный ужин часто прерывался тостами; Деревянко принимал 50 исследователей, в том числе Паабо, приехавшего, чтобы своими глазами увидеть пещеру, где жил загадочный человек, не вписывающийся в прежние представления археологов и антропологов. За год до этого из коренного зуба, найденного в том же – 11-м – слое пещерных отложений возрастом 30–50 тысяч лет, выделили ДНК, схожую с обнаруженной в фаланге пальца. Сам зуб был в два раза крупнее обычного человеческого и по форме напоминал зубы более архаичных представителей человеческого рода. Бенце Виола, палеоантрополог из института общества Макса Планка, из-за огромного размера зуба поначалу даже принял его за зуб пещерного медведя. Только анализ ДНК подтвердил, что он человеческий, точнее – денисовский. (Название пещеры дало имя, пока неофициальное, новой группе древних людей.) «Сразу видно, насколько необычными были эти ребята, – сказал мне Виола на симпозиуме. – Уж очень странные у них зубы». Паабо с коллегами смогли извлечь лишь фрагменты ДНК, но их хватило, чтобы доказать: зуб принадлежал представителю той же группы людей, что и палец. Конечно, ДНК со временем распадается, и в кости возрастом в десятки тысяч лет ее сохраняется очень мало. Кроме того, непосредственно остатки древней ДНК обычно составляют лишь малую толику от всего генетического материала, накопившегося в образце, – большая часть достается от почвенных бактерий и других посторонних организмов, включая самих ученых.
В большинстве из нас и по сей день, 50 тысяч лет спустя, сохранилась маленькая частица неандертальца.
Ни в одной из костей неандертальцев, исследованных Паабо и его коллегами, не сохранилось даже 5 процентов собственной ДНК, а в большинстве ископаемых ее содержание не превышало одного процента. Так вот: ДНК из денисовской косточки оказалась собственной на добрых 70 процентов. Благодаря исключительной сохранности ДНК в холодной пещере генетикам удалось выделить фрагменты и митохондриальной ДНК (из фаланги и зуба), и ядерной (только из фаланги). Митохондриальная ДНК сосредоточена в митохондриях – энергопроизводящих органеллах внутри клетки (а не в клеточном ядре, где в виде ядерной ДНК хранится большая часть нашего генома). Она включает в себя лишь 37 генов и наследуется только по материнской линии, не смешиваясь с отцовской, и ничего не кодирует за пределами митохондрий. То есть мало поддается воздействию естественного отбора. Представьте себе изумление ученых, открывших, что «митохондриальная праматерь» денисовцев отличалась от неандертальцев столь же сильно, сколь и от нас. Более информативная ядерная ДНК показала, что денисовцы все же были ближе к неандертальцам, но имели собственную историю. Кроме того, в ее образце отсутствовали следы мужской Y-хромосомы. Значит, фаланга принадлежала девочке, которая умерла в Денисовой пещере или рядом с ней десятки тысяч лет назад. Летом 2010-го, опять же в 11-м слое обнаружили кость стопы. В Лейпциге аспирантка Сюзанна Сойер проанализировала ДНК и на полевом симпозиуме 2011 года представила результаты работы. Кость оказалась неандертальской, а загадка пещеры стала еще более интригующей. Ведь браслет из зеленого камня, найденный ранее в том же слое, практически наверняка был создан людьми современного типа. А кость пальца руки была чем-то совершенно иным. Одна пещера, три очень разных группы человеческих существ. «Пещера волшебна, – сказал Паабо. – Это единственное известное нам место на Земле, где одновременно жили неандертальцы, денисовцы и предки современных людей». Всю неделю, пока длилась конференция, он упорно возвращался в пещеру. Палеогенетик словно пытался найти разгадку, стоя на месте, где могла стоять та девочка, и трогая холодные каменные стены, к которым и она могла прикасаться. Сванте Паабо вырос в Стокгольме, его воспитывала мать-одиночка, работавшая химиком, но какое-то время и отец, биохимик Суне Бергстрём, позднее получивший Нобелевскую премию. Первой страстью Паабо была египтология, но он переключился на молекулярную биологию, а в 1984 году в работе над ДНК мумии сошлись оба его увлечения. Однажды углубившись в изучение прошлого, больше он с этой дороги не сходил. Сейчас – в 58 лет – это долговязый, лопоухий мужчина, с густыми бровями на узком лице, которые оживленно гуляют вверх и вниз, когда он о чем-то увлеченно рассказывает – например, о Денисовой пещере. Как там оказались три столь разных человека? Интересовали ли предки неандертальцев, денисовцев или людей современного типа настолько, чтобы у них были общие дети? Паабо поднаторел в таких вопросах. ДНК неандертальца, об открытии которой в 1997 году писали все газеты, явно отличалась от генома любого из ныне живущих на Земле людей. Было похоже, что неандерталец представлял собой отдельный вид, который впоследствии вымер – подозрительно быстро после того, как наши предки переселились из Африки на запад Азии и в Европу, где жили неандертальцы. К Денисовскому симпозиуму Паабо и его коллеги, в том числе Дэвид Рейх из Гарвардского университета и Монтгомери Слоткин из Калифорнийского университета (Беркли), опубликовали первые черновики полных геномов неандертальца и денисовского человека. И этого оказалось достаточно, чтобы понять: современный человеческий геном содержит небольшую, но заметную часть генома неандертальца – в среднем около 2,5 процента. Может, этот вид и был уничтожен странными новыми людьми с высоко посаженными бровями, пришедшими из Африки, но не без некоторого кровосмешения. Поэтому в большинстве из нас и по сей день, 50 тысяч лет спустя, сохранилась маленькая частица неандертальца. Лишь одна группа современных людей избежала этого влияния – африканцы, так как скрещивание происходило за пределами их континента. В нас оставил свой отпечаток и геном денисовского человека. Однако у денисовского наследия странное географическое распределение. Когда исследователи сравнили геном денисовца с тем, который представлен в разнообразных современных популяциях, они не нашли заметных его следов где бы то ни было в России. Генное влияние денисовцев обнаружилось в Восточной Азии и Южной Америке, но в особенности – у папуасов Новой Гвинеи, народов островной Меланезии и некоторых коренных австралийцев. В среднем их генотипы были денисовскими на 5 процентов, а у аэта – низкорослых чернокожих курчавых филиппинцев – на 2,5 процента. (К сожалению, ДНК более древних представителей человеческого рода неизвестна: с ней общая картина смешения «племен» может оказаться еще более пестрой. – Прим. российской редакции.) Собрав все данные воедино, Паабо и его коллеги предложили возможный сценарий произошедшего. Более 500 тысяч лет назад, вероятно, в Африке ветвь предков современного человека отделилась от той, что дала неандертальцев и денисовцев. (Наиболее вероятным предшественником всех трех типов людей был Homo heidelbergensis, либо более древние формы.) В то время как наши предки оставались в Африке, общие предки неандертальцев и денисовцев переселились на другие континенты. Позднее и они разделились: будущие неандертальцы сначала направились на запад в Европу, а предки денисовцев ушли на восток и, вероятно, расселились по Центральной и Восточной Азии. Еще позднее, когда современные люди тоже выбрались из Африки, на Ближнем Востоке и в Средней Азии они встретили неандертальцев, с которыми иногда скрещивались.
Денисовская девочка, вероятно, была темноволосой, кареглазой и смуглой.
Этот сценарий объясняет, почему единственные свидетельства того, что денисовцы когда-либо существовали, – это косточки из сибирской пещеры и 5 процентов генетических вариаций у людей, ныне проживающих в тысячах километров к юго-востоку от Алтая. Но многие вопросы остались без ответа. Почему денисовцы почти не оставили характерных орудий? Кем они были на самом деле? Как выглядели? «Нам нужно еще много работать», – признал Паабо на Денисовском симпозиуме. Для ответа на эти вопросы лучше всего было бы найти денисовскую ДНК в черепе или в других костях с ярко выраженными особенностями, которых нет ни у неандертальцев, ни у Homo sapiens. И уже удалось отыскать несколько возможных кандидатов; среди них – три черепа из Китая, возрастом от 250 до 100 тысяч лет. Паабо тесно сотрудничает с учеными из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии в Пекине и основал там лабораторию по генетическому анализу. К сожалению, ДНК плохо сохраняется в теплом климате. (Скорее, в этих проблемах помогут разобраться новые находки на Алтае, где в Чагырской пещере участники экспедиции под руководством доктора исторических наук Сергея Маркина из Института археологии и этнографии открыли не вполне обычные фрагмент нижней челюсти и локтевую кость возрастом 45–40 тысяч лет. – Прим. российской редакции.) В 2012 году группа Сванте Паабо опубликовала новую версию генома кости из фаланги пальца; поразительно, но по своей точности и полноте она не уступает геномам современных людей. Этот прорыв стал возможен благодаря исследованиям нового сотрудника лаборатории Паабо Матиаса Майера. Дело в том, что ДНК состоит из двух цепочек азотистых оснований, закрученных в спираль, и предыдущие методы извлечения ДНК из ископаемых костей могли расшифровывать последовательность только в том случае, если сохранились обе цепочки. Майер разработал методику для реконструкции фрагментов ДНК, состоящих из одной цепочки, что существенно увеличило количество материала, с которым можно работать. Эта методика позволила получить настолько точную версию генома денисовской девочки, что ученые смогли определить, какую часть генетического наследства та получила от своей матери, а какую – от отца. Стало очевидно, что геномы родителей не отличались большим разнообразием – различий было в три раза меньше, чем между геномами любых двух ныне живущих людей. Несовпадающие кусочки были разбросаны по всей ДНК, что исключило возможность инцеста: если бы родители девочки приходились друг другу родственниками, то большие фрагменты ДНК у них бы полностью совпадали. Значит, популяция денисовцев никогда не была достаточно многочисленной, чтобы в ней развилось большое генетическое разнообразие. Даже хуже – по всей видимости, денисовцы пережили существенное сокращение популяции около 125 тысяч лет назад. Маленькая девочка из пещеры на Алтае могла быть одним из последних их представителей. Тем временем предковая популяция современного человека разрасталась. Сегодня ученые могут использовать мириады ископаемых, полные библиотеки книг и ДНК семи миллиардов людей для документирования нашей истории. И все же денисовцам тоже есть что рассказать о себе. Имея на руках практически каждый знак денисовского генетического кода, Паабо и его коллеги смогли приблизиться к ответу на важнейший вопрос: что в человеческом геноме делает нас нами? Какие решающие изменения появились в генотипе, после того как мы отделились от наших последних общих с неандертальцами и денисовцами предков? Выделив все участки генома современных людей, содержащие новую информацию, исследователи составили на удивление короткий список. Паабо назвал его «генетическим рецептом современного человека». Список включает всего 23 изменения, которые влияют на работу определенных белков. Что интересно, восемь из них затрагивают мозговую деятельность и развитие нервной системы. Среди них есть два гена, изменения в которых ведут к аутизму, и еще один, отвечающий за язык и речь. Что именно делают эти гены, чтобы мы мыслили, действовали и разговаривали иначе, чем денисовцы, более близкие к человекообразным обезьянам, пока не ясно. Изучив денисовскую ДНК, по словам Сванте Паабо, мы сможем понять, что такое «исключительно человеческие черты». А что же с той маленькой девочкой из Денисовой пещеры? Все, что нам от нее осталось, крохотные кусочки кости, которые вернулись в Россию, и археологи продолжают их исследовать. Девочка превратилась в «библиотеку» фрагментов ДНК, которые можно бесконечно копировать. Вот, например, несколько фактов о ней самой, фактов, которые группа Паабо почерпнула из этой «библиотеки»: денисовская девочка, вероятно, была темноволосой, кареглазой и смуглой. Немного, но достаточно, чтобы в общих чертах набросать портрет той, которая помогла нам лучше понять самих себя.