Видение

Вы знаете о  фильме  За миллион лет до новой эры.? Сюжет фильма расказывает о вымышленном доисторическом времени. Пещерные люди сосуществуют в одном мире с динозаврами и фантастическими существами — гигантскими пауками и ящерицами. Хотя динозавры вымерли за десятки миллионов лет до появления людей. А вот и научные данные: где-то за миллион лет назад произошла величайшая катастрофа в истории человечества.  Наши предки почти вымерли. Каждого из нас следует считать дважды рожденным 

Тридцать первого августа 2023 года в журнале Science вышла статья с интригующим названием «Наши предки почти вымерли?», которая вызвала шквал обсуждений как в научном мире, так и в широкой печати. Исследователи из Китайской академии наук (CAS) И-Сюань Пан и Хайпэн Ли создали математическую модель для анализа тысяч современных геномов и обнаружили существование ранее неизвестного узкого места, «бутылочного горлышка», в древнейшей истории человечества.

Сила математики

Согласно результатам их исследования, около 930 тыс. лет назад за очень короткий срок число наших предков, участвующих в размножении, сократилось со 100 тыс. до всего 1300 человек — на 99%. Это уже были, очевидно, настоящие люди вида Homo erectus (человек прямоходящий), общие предки современных людей, неандертальцев и денисовцев — чуть поменьше нас ростом, но с довольно большим мозгом, создатели развитой каменной культуры. Ими уже были кое-где заселены Европа, Азия и Африка. Получается, что речь идет о нескольких небольших группах в разных частях света, борющихся за существование на грани исчезновения. Эта борьба за выживание продолжалась целую вечность — почти 120 тыс. лет. Лишь 813 тыс. лет назад вновь начался быстрый рост человечества.

Данная работа — прекрасный пример

того, как работает позитивный хайп, основанный на научном любопытстве вкупе с технологическим прогрессом. Огромный интерес к теме вызван тем, что подобные исследования позволяют людям заглянуть внутрь себя, прикоснуться к тайнам собственного происхождения: для человека нет ничего интереснее людей. «Удивительный и наводящий на философские рассуждения результат опубликован в журнале Science, — комментирует академик Алексей Хохлов. — По современным меркам наших предков в этот период надо было заносить в Красную книгу. Широкий научный взгляд позволяет определить место современного человека в грандиозной игре мироздания и заставляет задуматься о механизмах кризисов и способах выживания в них».

Палеоантропология в последние годы вошла в число наук, которые приносят больше всего интересных новостей.

Нобелевская премия Сванте Паабо

в прошлом году присуждена как раз за расшифровку геномов древних людей, в том числе за открытие в соавторстве с российскими учеными денисовского человека из знаменитой пещеры на Алтае и доказательство того, что евразийская ветвь человечества имеет гены и родственных видов — неандертальца и денисовца (см. статью «Эволюция человека, квантовая революция и химия по щелчку», «Эксперт» № 41 за 2022 год). Эта премия — признание бурного развития палеоантропологии на основе новейших технологий расшифровки и анализа геномов.

Рядом с философским любопытством к тайнам природы идет желание технологически осваивать открытые учеными механизмы. Очевидно, знания о человеческом геноме и способы его анализа будут иметь продолжение в практических областях, например в медицине.

Обезьяны, в том числе человекообразные, имеют 24 пары хромосом а у людей их всего 23. Слияние двух хромосом было одной из генетических катастроф, которая могла произойти в результате эволюционного скачка как раз в момент демографического кризиса

И биоинформатика

Материалом для китайских исследователей стали секвенированные геномы 3154 человек из 10 современных африканских популяций и 40 современных популяций в других частях света. Как известно, человеческий генетический материал, состоящих из более чем 3 млрд букв-нуклеотидов, был впервые расшифрован благодаря международному проекту «Геном человека» в 2003 году. С тех пор техники секвенирования, которые включают в себя не только создание все более дешевых дешифровщиков-секвенаторов, но и математические методы, позволяющие собирать книгу генома из разрозненных кусочков, все время совершенствуются, приближая то время, когда геном не человека вообще, а индивидуума, любого из нас, превратится в кладезь информации для персонализированной медицины.

Авторы статьи взяли индивидуальные геномы из доступных баз данных. Сама по себе их доступность не означает, что мы можем их разумно читать и анализировать: слишком большие это «тексты». Но для данной работы требовался не весь геном, а лишь его часть, необходимая для достаточно строгого подсчета того, что ученые называют молекулярными часами. Известно, что чем дальше в эволюции разошлись организмы, тем сильнее различаются их геномы. Следовательно, можно оценить время, требующееся для накопления отличий, и определить, когда жил общий предок двух сравниваемых организмов. Проблема в том, что в разных частях генома молекулярные часы тикают по-разному. Например, небольшая внеядерная ДНК в митохондриях (энергетических органеллах клеток) меняется быстрее, чем ядерная. Но и внутри ядра есть очень консервативные гены, которые трансформируются медленно (потому что эти гены очень нужны и их поломка фатальна), а есть относительно бессмысленные и нейтральные участки, где часы работают гладко, без скачков, связанных с эволюцией важных генов.

Прежде чем замахнуться на загадку происхождения жизни, авторы статьи более десяти лет работали с моделями гораздо более скромных геномов мушек-дрозофил, совершенствуя метод.

Стремясь сократить затраты на вычисления и уменьшить количество ошибок, возникающих при переводе молекулярных часов в далекое прошлое, И-Сюань Пан и Хайпэн Ли выбрали большое, но все же ограниченное число участков человеческого генома для анализа так, чтобы снизить влияние консервативных генов на скорость часов.

Не только время, но и размер популяций в разные периоды определяет, сколько изменений накопится в генах. Если на протяжении ста тысяч лет мутации в нейтральных частях генома почти не набирались ни в каких популяциях, значит, в это время жило очень мало людей — неоткуда было взять разнообразие, все были родственники.

Понятно, что полученный результат не фиксация факта, а модель. Поэтому некоторые комментаторы настроены скептически. Так, компьютерный биолог из германского Института эволюционной антропологии Макса Планка Джанет Келсо утверждает, что генетический сигнал о «бутылочном горлышке» силен только у современных африканских племен, а не у людей с других континентов. А это позволяет предположить, что демографическая катастрофа затронула лишь некоторые популяции предков современного человека. Келсо называет выводы китайских ученых интригующими, однако заявляет, что их «вероятно, следует воспринимать с некоторой осторожностью и продолжать исследование темы».

Тем не менее выводы авторов статьи согласуются с более ранними догадками. Несколько десятилетий назад антропологи выяснили, что человеческая популяция генетически очень однородна в сравнении с другими видами животных, в том числе обезьян, и подозревали, что это произошло из-за того, что наши предки столкнулись с демографическим кризисом. Эволюционный генетик из Принстона Джошуа Экей, очевидно, имеет в виду именно это, когда говорит, что работа «заполняет еще несколько частей головоломки эволюционной истории человека».

Вообще, современные представления об эволюции описывают ее скорее как цепь резких скачков, а не как равномерное длительное накопление мутаций. Более века назад биологи начали изучать процессы возникновения новых видов, появляющихся прямо на наших глазах. Особенно хорошо это видно на популяциях, которые в результате изменения условий существования или изоляции как раз проходят через «бутылочное горлышко», и новые признаки, которые могли бы затеряться в генетическом разнообразии множества особей, становятся доминирующими. Некоторые из них как раз и помогают приспособиться к непривычным условиям и пережить сложные времена.

После демографической катастрофы.

Доктор Ли и его коллеги обратили внимание на тот факт, что современные люди отделились от других человеческих видов как раз после описанной ими демографической катастрофы. Кроме того, некоторые радикальные отличия генома современных людей от их древнейших предков хорошо известны. Так, обезьяны, в том числе человекообразные, имеют 24 пары хромосом, а у людей их всего 23. Слияние двух хромосом было одним из генетических последствий эволюционного скачка, наиболее вероятного в момент катастрофы. «Все люди с 24 парами хромосом вымерли, и только небольшая изолированная популяция с 23 парами, к счастью, выжила и передала эту особенность дальше», — рассуждает соавтор статьи Цзыцянь Хао. Обычно хромосомные мутации летальны или приводят к сильнейшим генетическим дефектам, но в данном редчайшем случае слияние способствовало эволюционному скачку.

К концу кризиса из давно существующих эректусов, людей прямоходящих, выделился новый, очень прогрессивный вид — человек гейдельбергский, от которого происходят все три популяции людей разумных: сапиенсы, денисовцы и неандертальцы. Важнейшим событием видообразования гейдельбергского человека, судя по всему, и стало слияние двух хромосом. Скачок сделала и культура: люди освоили огонь и стали готовить на нем пищу, получая таким образом гораздо больше калорий.