Наш вид нині є єдиним живим представником людської родини. Проте ще 40 000 років тому Землею ходили неандертальці, а сотні тисяч років до того наші пращури співіснували з багатьма іншими гомінінами – двоногими видами приматів. Це ставить низку визначальних питань: з якими ще популяціями та видами спаровувалися наші предки і коли? І як це давнє генетичне змішування сформувало нас такими, якими ми є сьогодні?
«Скрізь, де співіснували гомініни, слід припускати можливість генетичної взаємодії», – зазначив у коментарі Live Science Адам Ван Арсдейл, біологічний антрополог з Коледжу Веллслі в Массачусетсі.
Іншими словами, різні види гомінінів спаровувалися та народжували потомство. Це означає, що наше еволюційне дерево є надзвичайно розгалуженим і переплетеним, з ще невідомими родичами, що, можливо, приховуються в його гілках.
Нові докази ДНК свідчать, що ця «генетична взаємодія» призвела до різноманіття та нових поєднань ознак, які допомогли давнім людям, зокрема нашим предкам, успішно розвиватися в різних умовах по всьому світу.
«Вся справа в мінливості», – розповіла Live Science Ребекка Акерманн, біологічна антрополог з Університету Кейптауна в Південній Африці. «Більше варіацій у людей дозволяє нам бути гнучкішими як виду, і, як наслідок, бути успішнішими через все це розмаїття».
Сучасні методики можуть пролити світло на визначальні періоди нашого еволюційного минулого, які призвели до виникнення Homo sapiens в Африці, або навіть на періоди до появи роду Homo. Ці знання, у свою чергу, можуть поглибити наше розуміння того, що саме робить нас людьми.
Переплетений потік еволюції
На початку 20 століття вчені вважали, що існувала чітка еволюційна лінія між нашими предками і нами, де один вид послідовно розвивався в інший без жодного впливу від «сторонніх» популяцій, наче гілки на дереві.
Однак досягнення 21 століття в техніках аналізу давньої ДНК виявили, що наше походження більше схоже на переплетений потік – ідея, запозичена з геології, де мілкі канали розгалужуються і знову зливаються у потік, наче мережа.
«Стає дуже важко, коли ви розглядаєте речі в моделі переплетеного потоку, ділити [популяції] на окремі групи», – сказала Акерманн. «За визначенням, немає окремих груп; вони сприяли еволюції одна одної».
Акерманн вивчає мінливість та гібридизацію – обмін генетичним матеріалом між різними групами – протягом еволюційної історії гомінінів, щоб краще зрозуміти, як генетичний та культурний обмін зробив нас людьми. Вона вважає, що гібридизація як усередині, так і за межами Африки відіграла значну роль у нашому походженні.
Докази такої гібридизації надходили безперервним потоком з моменту секвенування першого геному неандертальця у 2010 році. Ця дослідницька програма, яка принесла генетику Сванте Паабо Нобелівську премію у 2022 році, виявила, що Homo sapiens та неандертальці регулярно спаровувалися. Це також призвело до відкриття денисовців – раніше невідомої популяції, яка мешкала по всій Азії приблизно від 200 000 до 30 000 років тому і яка також утворювала потомство як з неандертальцями, так і з Homo sapiens.
“Існує стільки складності, що не має сенсу стверджувати, ніби сапієнси походять лише з одного джерела. Не може бути однієї універсальної моделі, що пояснює буквально кожну людину на Землі.”
Шіла Атрея, Техаський університет A&M
Коли види обмінюються генами через гібридизацію, цей процес відомий як інтрогресія, а коли ці спільні гени є сприятливими для популяції, це називається адаптивною інтрогресією.
За два десятиліття досліджень генів людей та наших вимерлих родичів з’явилося розуміння, що ми, можливо, стали такими, якими є, завдяки схильності спаровуватися з будь-ким – включно з іншими видами. Зв’язок з іншими групами – соціальний та сексуальний – був важливою частиною людської еволюції. «Для нашого виживання та становлення людиною, ймовірно, це було надзвичайно важливо», – зазначив Ван Арсдейл.
Переваги гібридизації
З моменту секвенування першого геному неандертальця дослідники намагалися встановити, коли і як часто наші предки Homo sapiens спаровувалися з іншими видами та групами. Вони також вивчали, як гени неандертальців та денисовців впливають на нас нині. Багато з цих досліджень базуються на великих наборах даних геномів сучасних людей та пов’язують їх з давньою ДНК, вилученою з кісток вимерлих людей та їхніх родичів, які жили десятки тисяч років тому.
Ці аналізи показують, що багато генів, які походять від нині вимерлих груп, можуть надавати нам переваги сьогодні. Наприклад, сучасні тибетці мають унікальний варіант гена для адаптації до високогір’я, який вони, ймовірно, успадкували від денисовців, тоді як різні версії генів пігментації шкіри неандертальців могли допомогти деяким популяціям пристосуватися до менш сонячного клімату, а інші захистити від ультрафіолетового випромінювання.
Існують також докази того, що гени неандертальців допомогли першим представникам нашого виду швидко адаптуватися до життя в Європі. З огляду на їхню тривалу історію в Європі до прибуття Homo sapiens, неандертальці накопичили комплекс генетичних варіацій для боротьби з хворобами, властивими цій місцевості. Homo sapiens зіткнулися з цими новими хворобами, коли розселилися в райони, де мешкали неандертальці. Але, схрещуючись з неандертальцями, ми також отримали гени, які захищали їх від цих вірусів.
Окрім окремих ознак, які можуть надавати переваги сучасним людям, ці епізоди схрещування урізноманітнили людський генофонд, що, можливо, допомогло нашим предкам витримати різноманітні середовища.
Важливість сучасного генетичного різноманіття можна проілюструвати генами людського лейкоцитарного антигену (HLA), які є вирішальними для здатності імунної системи людини розпізнавати збудників. Сучасні люди мають надзвичайну кількість цих генів, особливо в Східній Азії. Цей регіон світу є «гарячою точкою» для виникнення інфекційних захворювань через поєднання біологічних, екологічних та соціальних чинників, тому таке різноманіття може надавати переваги в регіоні, де часто з’являються нові хвороби.
Коли генетичне розмаїття втрачається через ізоляцію та скорочення популяції, групи можуть стати особливо вразливими до нових інфекцій або нездатними пристосуватися до нових екологічних обставин. Наприклад, одна з теорій стверджує, що популяції неандертальців зменшилися і згодом вимерли близько 40 000 років тому, оскільки їм бракувало генетичного різноманіття через інбридинг та ізоляцію.
Відкриття «примарних популяцій»
Деякі з найновіших досліджень заглиблюються в глибину еволюційного часу, ідентифікуючи «примарні популяції» – людські групи, які вимерли після того, як передали гени нашому виду. Часто археологи не мають скелетних решток цих популяцій, але їхні відлуння зберігаються в нашому геномі, а їхнє існування можна зрозуміти, моделюючи, як гени змінюються з часом.
Наприклад, «таємнича популяція» до 50 000 особин, яка схрещувалася з нашими предками 300 000 років тому, передала гени, що створили більше зв’язків між клітинами мозку, що, можливо, поліпшило його функціонування. Популяція, яка гібридизувалася з Homo sapiens і допомогла поліпшити наш мозок, можливо, була лінією Homo erectus. Колись вважалося, що цей вид зник після еволюції в Homo sapiens в Африці, але антропологи тепер вважають, що Homo erectus вижив у деяких частинах Азії до 115 000 років тому.
Насправді, наша еволюційна історія може включати спаровування популяцій, які були розділені до мільйона років, сказав Ван Арсдейл. Ці «супердавні» популяції все частіше відкриваються, коли ми досліджуємо наші власні геноми та геноми наших близьких родичів, неандертальців та денисовців.
Наприклад, генетичне дослідження, опубліковане у 2020 році, ідентифікувало супердавню популяцію, яка відокремилася від інших гілок людських предків близько 2 мільйонів років тому, але потім схрещувалася з предками неандертальців та денисовців близько 700 000 років тому. Експерти не знають, які саме гени ця супердавня примарна популяція передала нашим предкам або хто це був, але це, можливо, була лінія Homo erectus.
Еволюційний пробіл
Однак існує великий, не нанесений на карту регіон історії людської еволюції – і він має визначальне значення для нашої ідентичності як виду. Період, коли Homo sapiens вперше розвивався в Африці, та більш віддалений період людської еволюційної історії на континенті, що передує роду Homo, залишається величезною прогалиною в знаннях. Це частково пов’язано з тим, що ДНК добре зберігається в печерах та інших стабільних середовищах у холодних регіонах світу, таких як Європа та Азія, тоді як тепліші умови Африки зазвичай руйнують ДНК. Як наслідок, найдавніша повна послідовність ДНК людини з Африки датується лише 18 000 років тому. Натомість, скелет, знайдений на півночі Іспанії, дав повний мітохондріальний геном родича людини, Homo heidelbergensis, який жив понад 300 000 років тому.
«Карти давньої ДНК людини переважно складаються з євразійських даних», – сказав Ван Арсдейл. «І реальність така, що це периферійне місце в нашому еволюційному минулому. Отже, зрозуміти, що відбувалося в серці Африки, було б потенційно перетворювальним».
Саме тут сучасні технології ДНК є недосконалими. Малі гомініни, що пересувалися на двох ногах, так звані австралопітеки, розвинулися близько 4,4 мільйона років тому в Африці. А між 3 і 2 мільйонами років тому наш рід, Homo, ймовірно, еволюціонував від них. Homo sapiens виник близько 300 000 років тому в Африці, а потім розселився по всьому світу. Але з огляду на дефіцит давньої ДНК з Африки, важко з’ясувати, які групи спаровувалися та гібридизувалися в цьому величезному проміжку часу, або як скелети вимерлих родичів людини з континенту були пов’язані.
Нова методика, яка називається палеопротеоміка, може допомогти пролити світло на наше африканське походження як виду і навіть розкрити підказки щодо генетичного складу австралопітеків та інших споріднених гомінінів. Оскільки гени є інструкціями, які кодують білки, ідентифікація давніх білків, що застрягли в зубній емалі та скелетах викопних решток, може допомогти вченим визначити деякі гени, які були присутні в популяціях, що жили мільйони років тому.
Проте це дуже нова методика. На сьогоднішній день палеопротеомний аналіз ідентифікував лише кілька неповних білкових послідовностей у давніх родичів людини і поки що зміг отримати лише незначну кількість генетичної інформації. Але у знаковому дослідженні, опублікованому цього року, дослідники використали білки в зубній емалі, щоб визначити біологічну стать індивіда Australopithecus africanus віком 3,5 мільйона років з Південної Африки. А в іншому дослідженні, також опублікованому цього року, вчені використали зубну емаль 2-мільйонної давнини родича людини, Paranthropus robustus, щоб ідентифікувати генетичну мінливість серед чотирьох скелетів викопних решток – знахідка, яка свідчить, що вони могли належати до різних груп, або навіть різних видів.
Палеопротеоміка все ще досить обмежена. У нещодавньому дослідженні вчені проаналізували десяток давніх білків, знайдених у скам’янілостях неандертальців, денисовців, Homo sapiens та шимпанзе. Вони виявили, що ці білки можуть допомогти відновити родовід до рівня роду, але не були корисними на рівні виду.
Проте той факт, що білкові дані можуть бути використані для відновлення частини переплетеного потоку ранніх людей та для ідентифікації хромосомної статі родичів людини, обнадіює, і подальші дослідження в цьому напрямку є необхідними, зазначили експерти Live Science.
Деякі вчені впевнені, що нові підходи можуть допомогти нам розкрити ці ранні взаємодії. «Я думаю, що ми дізнаємося набагато більше про давнє минуле Африки протягом наступних двох десятиліть, ніж ми дізналися досі», – сказав Ван Арсдейл.
Акерманн більш обережна. Щоб справді зрозуміти, коли, де і з ким спаровувалися наші людські предки, і як це зробило нас такими, якими ми є, «нам потрібен цілий геном» цих давніх родичів людини, сказала вона. «З білками ви просто цього не отримаєте».
Шіла Атрея, біологічний антрополог з Техаського університету A&M, оптимістично налаштована, що ми можемо використовувати ці нові методики для розшифровки нашого більш віддаленого еволюційного минулого – і що це принесе сюрпризи. Наприклад, вона вважає, що те, що ми зараз називаємо денисовцями, насправді могло бути Homo erectus.
«Абсолютно точно за мого життя хтось зможе отримати геном Homo erectus», – сказала Атрея, ймовірно, з холодніших районів Азії. «Я в захваті. Думаю, він виглядатиме як денисовський».
Так чи інакше, очевидно, що велика кількість генетичного змішування зробила нас людьми.
Лінія Homo, можливо, вперше виникла в Африці, зазначила Атрея. «Але щойно вона покинула Африку, виникає стільки складності, що не має сенсу стверджувати, ніби сапієнси походять лише з одного джерела. Не може бути однієї універсальної моделі, що пояснює буквально кожну людину на Землі».
Довідкова інформація
- Неандертальці (Neanderthals): Вимерлий вид або підвид архаїчних людей, що мешкав у Європі та Азії приблизно від 400 000 до 40 000 років тому. Вони мали міцну статуру, розвинені знаряддя праці та певні культурні практики. Генетичні дослідження показали, що неандертальці схрещувалися з Homo sapiens.
- Гомініни (Hominins): Загальний термін для всіх видів, що належать до людської генеалогічної лінії після її відокремлення від лінії шимпанзе. До них належать сучасні люди (Homo sapiens) та всі їхні вимерлі безпосередні предки та близькі родичі, такі як австралопітеки, Homo erectus, неандертальці та денисовці. Їхня визначальна особливість – двоногість.
- Денисовці (Denisovans): Вимерлий вид або підвид архаїчних людей, відомий переважно за генетичними даними, отриманими з фрагментів кісток, знайдених у Денисовій печері на Алтаї (Сибір, Росія). Денисовці мешкали в Азії та, як і неандертальці, схрещувалися з Homo sapiens.
- Адам Ван Арсдейл (Adam Van Arsdale): Американський біологічний антрополог, професор Коледжу Веллслі (Wellesley College) у Массачусетсі. Його наукові інтереси охоплюють еволюцію гомінінів, зокрема вивчення морфологічної мінливості та її зв’язку з генетичними факторами.
- Ребекка Акерманн (Rebecca Ackermann): Біологічна антрополог, професорка Університету Кейптауна (University of Cape Town) в Південній Африці. Вона відома своїми дослідженнями в галузі еволюції людини, зокрема вивченням ролі гібридизації та генетичного обміну у формуванні людського виду.
- Сванте Паабо (Svante Pääbo): Видатний шведський генетик, спеціаліст з еволюційної генетики. У 2022 році він отримав Нобелівську премію з фізіології або медицини за свої піонерські дослідження геномів вимерлих гомінінів, включаючи повне секвенування геному неандертальця та відкриття денисовців.
- Homo sapiens (Людина розумна): Сучасний вид людини, єдиний живий представник роду Homo. Виник в Африці приблизно 300 000 років тому. Відрізняється високорозвиненим мозком, мовою, складною культурою, здатністю до абстрактного мислення та широким розселенням по планеті.
- Homo erectus (Людина прямоходяча): Вимерлий вид гомінінів, який мешкав приблизно від 1,9 мільйона до 115 000 років тому. Він був першим видом Homo, який покинув Африку і розселився по Азії та Європі, а також володів навичками використання вогню та більш досконалими знаряддями праці.
- Австралопітеки (Australopithecines): Рід вимерлих гомінінів, що мешкали в Африці приблизно від 4,2 до 1,9 мільйона років тому. Вони були двоногими, але мали відносно невеликий мозок порівняно з пізнішими представниками роду Homo. Australopithecus africanus є відомим видом, знайденим у Південній Африці.
- Paranthropus robustus: Вимерлий вид гомінінів, який жив у Південній Африці близько 2–1,2 мільйона років тому. Він характеризувався масивними щелепами та великими зубами, що свідчить про спеціалізацію на жорсткій рослинній їжі.
- Тибетці: Етнічна група, що походить з Тибетського плато в Центральній Азії. Вони відомі своєю унікальною генетичною адаптацією до життя на великих висотах, що дозволяє їм ефективніше переносити низький рівень кисню. Ця адаптація, за даними досліджень, пов’язана зі спадщиною від денисовців.
- Коледж Веллслі (Wellesley College): Приватний гуманітарний коледж для жінок, розташований у Веллслі, Массачусетс, США. Заснований у 1870 році, відомий своєю високою академічною якістю та фокусом на ліберальних мистецтвах.
- Університет Кейптауна (University of Cape Town): Один з найстаріших і найпрестижніших університетів Південної Африки, розташований у Кейптауні. Він є провідним дослідницьким центром у багатьох галузях, включаючи антропологію та археологію.
- Техаський університет A&M (Texas A&M University): Великий державний дослідницький університет у Коледж-Стейшен, Техас, США. Відомий своїми сильними програмами в інженерії, сільському господарстві та науках, включаючи антропологію.
