Група людей, про яку йдеться в новому дослідженні, пройшла тисячі кілометрів – від африканських саван через Близький Схід до затемнених лісів Європи. Це були представники ранніх Homo sapiens, наших прямих предків, які лише починали освоювати новий континент. Саме там вони зіткнулися з іншими людьми – не менш людяними, але еволюційно відмінними: неандертальцями.
Неандертальці, що зникли приблизно 40 тисяч років тому, були нашими найближчими вимерлими родичами. Вони мали масивні черепи, виступаючі надбрівні дуги, кремезні тіла та століттями жили в суворому кліматі Європи та Західної Азії. Зустрічі між ними та сучасними людьми не обмежувалися обміном поглядів через вогнище: популяції періодично змішувалися й мали спільних дітей. Саме ці давні союзи й досі впливають на мільярди людей, які живуть нині.
Коли Homo sapiens уперше зустріли неандертальців
За оцінками вчених, предки більшості сучасних жителів Євразії залишили Африку приблизно 75 тисяч років тому, а можливо, й значно раніше – до 250 тисяч років тому. Вони рушили через Левант – історичний регіон на сході Середземного моря, де нині розташовані Ізраїль, Ліван, Сирія, Йорданія та палестинські території. Саме ці коридори між Африкою та Євразією, вкриті колись лісами й саванами, стали місцем перших зустрічей Homo sapiens з неандертальцями, які вже давно жили в Європі та частині Азії.
Неандертальці й сучасні люди мали спільного предка, який жив сотні тисяч років тому. Після розходження еволюційних ліній неандертальці пристосовувалися до холоду, обмеженої кількості сонця та місцевих патогенів Євразії, тоді як наші предки формувалися в умовах Африки. Коли ці дві людські гілки знову зустрілися, між ними не виникло непереборного біологічного бар’єра: вони мали спільних дітей, і так відбулося так зване міжвидове схрещування.
Спочатку у потомків таких союзів у геномі зберігалися цілі неандертальські хромосоми. Проте з покоління в покоління відбувалося генетичне рекомбінування – процес, коли ділянки ДНК «перетасовуються» під час утворення статевих клітин. У результаті великі неандертальські фрагменти розбивалися на дедалі дрібніші відрізки, розкидані по всьому геному.
Частина неандертальських генів виявилася шкідливою для організму Homo sapiens. Природний добір швидко «вимітав» такі фрагменти з нашої ДНК, утворюючи так звані «пустелі неандертальської ДНК» – ділянки геному, де її практично немає. Особливо показовою є Y-хромосома, яку мають лише чоловіки: дослідники вважають, що там не лишилося жодного неандертальського гена. Імовірно, Y-хромосома неандертальців була несумісною з іншими нашими генами або ж невеликі популяції людей просто втратили її за рахунок випадкових генетичних змін – явища, яке називають генетичним дрейфом.
Схожа картина спостерігається й на Х-хромосомі: у тих, хто має неандертальську спадковість, саме Х-хромосома містить набагато менше неандертальських фрагментів, ніж інші хромосоми. У чоловіків, які мають лише одну Х-хромосому, будь-яка шкідлива мутація на ній відразу проявляється – у них немає «резервної копії» гена, як у жінок. Це створювало сильний еволюційний тиск проти «невдалих» неандертальських варіантів.
Водночас деякі неандертальські гени давали нашим предкам перевагу – допомагали виживати й народжувати здорових дітей. Такі варіанти закріпилися в людських популяціях. Сьогодні в людей поза межами Африки в середньому близько 2% геному мають неандертальське походження. Але в окремих ділянках частка неандертальських варіантів, що впливають на корисні ознаки, може сягати 80%. У буквальному сенсі, в певних «адресах» нашого геному ми більше неандертальці, ніж Homo sapiens.
Як неандертальці вплинули на нашу зовнішність
Одне з найбільш очевидних «успадкувань» від неандертальців – це колір шкіри та те, як вона реагує на сонце. Дослідження показали, що варіант гена в 9-й хромосомі, який впливає на пігментацію шкіри, успадковано від неандертальців, і нині приблизно 70% європейців його мають. В іншій частині світу, особливо серед мешканців Східної Азії, поширені неандертальські варіанти генів, що регулюють роботу кератиноцитів – клітин шкіри, які утворюють зовнішній захисний шар і беруть участь у виробленні меланіну, природного пігменту, що захищає від ультрафіолетового випромінювання.
Парадоксально, але разом із цим у деяких людей зростає й імовірність отримати сонячний опік. Близько двох третин європейців мають неандертальський варіант гена, пов’язаний із підвищеним ризиком опіків у дитинстві та слабкою здатністю до засмагання. Умови, в яких сформувалися неандертальці, були іншими: вони тривалий час жили на широтах із меншим рівнем прямого сонячного проміння, ніж у тропічній Африці. Людям, що виходили з Африки, потрібно було швидко пристосуватися до нової інтенсивності світла й одночасно зберігати достатній рівень вироблення вітаміну D, який синтезується в шкірі під дією сонця й життєво потрібний для здорових кісток і роботи імунної системи.
Зміни, пов’язані зі шкірою та волоссям, могли прискорити цю адаптацію. Замість того щоб чекати появи нових корисних мутацій протягом десятків тисяч років, наші предки отримували вже «готові» варіанти від неандертальців. За словами дослідників, таке генетичне змішування фактично прискорило еволюцію Homo sapiens, подарувавши їм цілий набір перевірених часом рішень для життя в північніших широтах.
Ще одна важлива риса – форма обличчя. Дослідження, опубліковане 2023 року, показало, що частина людей успадкувала від неандертальців гени, пов’язані з більш високим, подовженим носом. Така форма могла бути корисною в холодному кліматі: повітря, перш ніж потрапити до легень, довше контактує зі слизовою оболонкою носа, встигає нагрітися й зволожитися. Це зменшувало ризик ушкоджень дихальних шляхів і, можливо, знижувало частоту респіраторних інфекцій у суворих зимових умовах Євразії.
Внутрішній годинник, що підлаштувався під північні широти
Неандертальська спадщина простежується не лише в нашій зовнішності, а й у тому, як працює циркадний годинник – система внутрішніх ритмів, що керує сном, температурою тіла, обміном речовин і багатьма іншими процесами. На північних широтах тривалість дня та ночі різко змінюється залежно від пори року, і організму потрібно пристосовуватися до цих коливань.
Деякі з нас, хто від природи є «жайворонками», ймовірно, завдячують цим саме неандертальським варіантам генів, що беруть участь у регуляції добових ритмів. Дослідження показують, що вони можуть робити внутрішній годинник більш гнучким, тобто здатним швидше перебудовуватися, коли змінюється співвідношення світла й темряви. У давніх умовах життя це означало краще пристосування до коротких зимових днів, тривалих літніх вечорів і сезонних циклів активності тварин та рослин.
Імунна система: подарунок неандертальців, який досі працює
Серед неандертальської спадщини особливо виділяються гени, пов’язані з імунітетом. До приходу Homo sapiens у Євразію неандертальці сотні тисяч років жили поруч із місцевими мікроорганізмами – від бактерій до вірусів, що були поширені саме в тих регіонах. Вони не лише хворіли, а й поступово виробляли генетичні стратегії опору цим патогенам.
Коли наші предки почали схрещуватися з неандертальцями, вони ніби отримали «набір інструкцій» проти вже відомих місцевих інфекцій. Дослідники відзначають, що деякі ділянки неандертальської ДНК, пов’язані з імунною відповіддю, досить швидко поширилися серед популяцій Homo sapiens. Природний добір віддавав перевагу тим, хто мав кращий захист від хвороб, і ці варіанти дедалі частіше траплялися в наступних поколінь.
Хоча ми не можемо точно відтворити перелік усіх вірусів та бактерій, із якими стикалися неандертальці, сучасні дослідження показують: деякі успадковані від них гени досі допомагають нам боротися з певними РНК-вірусами. До цієї групи належать, наприклад, грип (influenza), ВІЛ та вірус гепатиту C. Тобто фрагменти ДНК, народжені в боротьбі з давніми інфекціями, продовжують працювати в організмах людей XXI століття.
Темна сторона неандертальської спадщини
Однак не всі неандертальські гени залишилися для нас корисними. Деякі з них, що колись допомагали виживати, в нинішніх умовах можуть сприяти розвитку хвороб.
Цікава деталь: неандертальські варіанти генів, як правило, слабко проявляються в тканинах мозку. Це натякає на те, що будь-які серйозні збої в роботі нервової системи, спричинені такими генами, жорстко «вибивалися» природним добором. Попри це, низка досліджень пов’язує неандертальську спадковість із підвищеним ризиком деяких психічних розладів, зокрема депресії, а також із генетичними особливостями, які можуть збільшувати ймовірність нікотинової залежності.
Імунітет також має свій зворотний бік. У 2016 році дослідники виявили, що деякі неандертальські гени, які роблять імунну систему більш «бойовою» проти інфекцій, водночас підвищують ризик алергій. Організм, насторожений до вторгнень, починає надмірно реагувати на нешкідливі речовини: пилок, харчові білки чи інші подразники.
Більше того, деякі з цих варіантів пов’язують із вищою ймовірністю автоімунних захворювань, коли імунна система помилково атакує власні тканини. Серед них – хвороба Грейвса, при якій щитоподібна залоза працює надто активно; ревматоїдний артрит, що спричиняє хронічне запалення суглобів; а також те, що лікарі інколи називають «вікінзькою хворобою» – стан, коли один або кілька пальців руки повільно згинаються й фіксуються в такому положенні через ущільнення сполучної тканини в долоні. Цю назву пов’язують з історично високою поширеністю хвороби серед жителів Північної Європи, де, ймовірно, було більше носіїв відповідних генетичних варіантів.
Не оминула уваги вчених і пандемія COVID-19. Один із неандертальських варіантів у 3-й хромосомі пов’язують із підвищеним ризиком тяжкого перебігу коронавірусної хвороби. Цей варіант поширений приблизно в половини жителів Південної Азії та у близько однієї шостої європейців. Водночас інші неандертальські гени, навпаки, зменшують імовірність тяжкого COVID-19 і трапляються до половини людей у Євразії та Америці. Отже, навіть одна й та сама давня спадщина може вести до протилежних наслідків – усе залежить від конкретної ділянки ДНК.
Попри всі ці зв’язки, дослідники наголошують: немає жодної хвороби чи риси, за яку можна було б «повністю звинуватити» неандертальську ДНК. Особливо це стосується серцево-судинних хвороб, онкології та інших поширених недуг, де на ризик впливають десятки або й сотні генів у поєднанні з середовищем: харчуванням, способом життя, станом довкілля.
Що буде з неандертальськими генами в майбутньому
Насамкінець постає запитання: як довго ще неандертальські сліди зберігатимуться в нашому геномі? Вчені припускають, що протягом сотень тисяч років частина цих фрагментів поступово зникне. Варіанти, які несуть навіть невелику шкоду, з часом вибувають з популяції, особливо якщо вони знижують шанси на народження здорових нащадків. Натомість корисні гени або такі, що не завдають шкоди, можуть остаточно «вкоренитися» й існувати в людському геномі стільки, скільки існуватиме сам вид.
Сучасні методи генетики відкривають нові можливості, щоб з’ясувати, як саме працює ця давня спадщина. Технологія CRISPR, що дозволяє надзвичайно точно «редагувати» окремі ділянки ДНК, дає змогу в лабораторних умовах вбудовувати неандертальські фрагменти в клітини людини й спостерігати, як це змінює їхню поведінку. Так учені можуть перевіряти, чи впливає, наприклад, конкретний варіант гена на чутливість до певного вірусу, швидкість метаболізму або роботу імунних клітин.
Крім того, вчені все активніше застосовують методи штучного інтелекту до аналізу давніх геномів. Це допомагає краще відтворити, як виглядали, жили й до чого були пристосовані неандертальці, а також зрозуміти, як сучасна людська ДНК впливала на їхню еволюцію у зворотному напрямку – адже потік генів ішов не лише від неандертальців до Homo sapiens, а й навпаки.
Вивчення неандертальських фрагментів у нашій ДНК – це не лише спосіб пояснити окремі хвороби чи особливості організму. Це ще й інструмент, який дозволяє побачити, які ділянки нашого геному були справді вирішальними в той момент, коли люди виходили з Африки та опановували нові континенти. Спостерігаючи за долею цих давніх генетичних «спадків» – що зникло, а що збереглося й навіть стало поширеним, – біологи намагаються відтворити невидиму історію того, як формувалася сучасна людина.
