Мир до нас: Новый взгляд на происхождение человека - Том Хайэм
Рис. 14. Рост числа публикаций с расшифровками полных древних геномов, 2010–2020 гг. (сведения за 2020 г. охватывают только первые полгода; данные предоставил автору лично Дэвид Райх)
Вклад генетики в изучение находок из Денисовой пещеры оказался особенно заметным. Именно благодаря использованию генетических методов она из рядовой сибирской палеолитической стоянки превратилась в один из самых знаменитых и важных археологических памятников всей планеты, название которого не сходит с уст ученых. Как мы увидим в следующей главе, кратко обрисованный здесь технический прогресс непосредственно и во многих отношениях неизбежно привел к открытию ранее неизвестного человеческого вида. Археологи, не один десяток лет ждавшие прорывных изменений в области анализа ДНК, уже давно были готовы пожинать плоды своего терпения.
6
Неизвестный доселе человек
4 декабря 2009 г., в пятницу, в городе Лейпциге, в ведущей генетической лаборатории мира – лаборатории Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка – произошло событие чрезвычайной важности.
Молодой ученый Йоханнес Краузе и аспирантка Цяомэй Фу занимались секвенированием ДНК из крохотного (7 × 5 мм) обломка кости мизинца человеческой руки. Кость принадлежала той самой особи, которую в 2008 г. обнаружили при раскопках слоя 11.2 в восточном зале Денисовой пещеры; об этом вскользь упоминается в конце главы 4. Предполагая высокую ценность находки, русские археологи передали ее Сванте Паабо – научному руководителю Йоханнеса, директору отдела эволюционной генетики Института Макса Планка, руководителю проекта «Геном неандертальца» и первопроходцу в области исследований древней ДНК. Выделив и секвенировав митохондриальную ДНК, Краузе сопоставил последовательность мтДНК из Денисовой пещеры с шестью последовательностями неандертальской мтДНК, которые группа Паабо исследовала ранее, а также с несколькими сотнями проанализированных образцов мтДНК людей, живущих в наше время.
Тогда-то он и заметил нечто необычное.
Если неандертальцы в среднем отличаются от современных людей положением 202 оснований из 16 500 пар митохондриального генома, то образец из Денисовой пещеры показал почти вдвое больше расхождений – в 385 позициях. Это могло иметь лишь одно объяснение: Краузе имел дело с чем-то иным – с новым типом «архаичного» гоминина, о существовании которого еще вчера никто не знал, не неандертальцем и не «современным» человеком – таким, как мы. Он вспоминает, что испытал настоящее потрясение. Прежде всего он позвонил Паабо (тот уехал куда-то на конференцию), чтобы сообщить ему новость. Краузе посоветовал наставнику присесть и лишь затем огорошил его сенсацией{108}.
Науке известно очень немного случаев обнаружения ранее неведомого вида человека, и вовсе ни одного, когда такое открытие было бы сделано в лаборатории. Для подобных событий палеоантропология отводила место в полевых экспедициях, когда на совочке вдруг оказывалась челюсть древнего гоминина или же при очередной археологической разведке в районе Восточно-Африканской рифтовой долины попадался фрагмент окаменевшей человеческой кости или даже часть скелета. А вот лабораторное открытие случилось впервые. Краузе говорит, что тот день был самым замечательным днем всей его научной карьеры. Паабо же вспоминает, что известие ошеломило и окрылило его. Он поспешил вернуться в Лейпциг, чтобы обсудить результаты с Краузе и его коллегами.
В научной таксономии при названии нового вида принято иметь так называемый голотип – образец или ряд образцов, которые затем считаются типовыми для данного вида. Таким, к примеру, стал фельдхоферский неандерталец. Часто описания голотипов с большим шумом и помпой преподносятся публике через ведущие научные журналы. Но в данном случае голотипа не существовало – имелся лишь крохотный обломок фаланги пальца, зарегистрированный как «Денисова 3». Что же делать?
Вначале Паабо, Анатолий Деревянко и группа их коллег решили назвать новый вид Homo altaiensis и включили это название в черновик статьи для Nature. Однако некоторые рецензенты усомнились в том, что для выделения нового вида достаточно одних только генетических данных. Что, если впоследствии выяснится, что в данном случае была секвенирована ДНК уже описанного наукой вида, например Homo erectus? Тогда ученые решили повременить с таксономическим определением своего открытия до тех пор, пока картина не прояснится, и в статье написали просто о «неизвестном гоминине»{109}. Паабо и Краузе заявили, что делать окончательные выводы насчет видовой принадлежности денисовской находки не следует, пока не будет считан ее гораздо более информативный ядерный геном. Пожалуй, лучше было сказать не «пока», а «если», ведь это исследование было сопряжено с весьма серьезными техническими сложностями.
Статья была опубликована в журнале Nature 24 марта 2010 г.{110} и стала настоящей сенсацией. Помню, как я сам несколько раз перечитывал ее, не в силах до конца поверить, что в незапамятные времена где-то в Евразии обитала еще одна разновидность людей. Как же археологи это проглядели? Да и вообще, так ли это? Не может быть сомнений в том, что мы и раньше находили кости таких человеческих родственников. Мое состояние полностью передают слова, сказанные тогда Сванте Паабо: «Я с трудом заставляю себя верить. Это кажется мне слишком фантастическим, чтобы быть правдой».
В тот же день в электронном письме я сообщил новость отцу. Он ответил: «Потрясающе, включу это в лекции для первокурсников». Это значило, что он действительно счел событие выдающимся!
В опубликованном чистовом варианте статьи группа Паабо называла особь, которой принадлежал костный фрагмент, «женщиной X». Ученые решили, что для того, чтобы она смогла по праву занять место в ряду найденных ранее доисторических гоминин, им придется взяться за кропотливую работу по секвенированию ядерной ДНК из костного обломка.
24 августа того же года мне написала Магдалена Скиппер, редактор Nature: она спрашивала, не хочу ли я прорецензировать поступившую в редакцию статью. Обычно каждая публикация Nature содержит что-то совершенно новое и занимательное, и, конечно, я сразу же заинтересовался предложенным материалом. Статья была посвящена Денисовой пещере, и первым из ее авторов был некий Дэвид Райх из Гарвардского университета – совершенно незнакомое мне имя. В аннотации, помещенной прямо в письме, говорилось:
Используя ДНК, извлеченную из кости пальца, найденной в Денисовой пещере на юге Сибири, мы секвенировали геном архаичного гоминина примерно до 1,9-кратного покрытия генома. Особь относилась к популяции, имевшей с неандертальцами общее происхождение, но несхожую историю. Генетический вклад данной популяции прослеживается у меланезийцев, сама же она могла унаследовать гены какой-то другой, более архаичной группы гоминин. ‹…› Группу гоминин, к которой принадлежали эти люди, мы назвали «денисовцами»; по нашему предположению, они могли быть широко распространены в Азии в эпоху позднего плейстоцена{111}.
У меня отвисла челюсть. Они получили из этого образца ядерную ДНК? И уложились всего в несколько месяцев? Да еще и установили, что у меланезийцев сохранились фрагменты ДНК, унаследованные от этих самых «денисовцев»? Мне опять было трудно уложить в голове результаты и проистекающие из них следствия. Если первая публикация о «женщине X» была разорвавшейся бомбой, то эта представляла собой серию петард, разлетающихся во все стороны. Группа исследователей не только секвенировала ядерную ДНК, но и прочла практически каждое основание ядерного генома в среднем 1,9 раза. И все это при том, что нужно было картировать более 3 млрд пар оснований. Мы часто обозначаем покрытие знаком «X», чтобы показать, сколько раз в среднем было прочитано каждое основание и его позиция, то есть в данном случае покрытие составило 1,9X. Далее в статье сообщалось, что это стало возможным благодаря высокому содержанию эндогенной (исходной) ДНК, которую можно было извлечь из этой крошечной кости. Но даже с учетом этого технический прорыв в методах изучения ДНК, принадлежавшей существу, жившему много тысяч лет назад, был поразительным.
В образце «Денисова 3» сохранилось 70 % исходной ДНК. Для палеогенетических исследований этот уровень чрезвычайно высок. Куда чаще содержание эндогенной ДНК составляет около 1 %, лишь изредка доходя до 5, и потому ДНК, извлекаемая из древних костей, почти всегда имеет бактериальное происхождение. Но 70 %? С точки зрения сохранности образец можно было считать чуть ли не свежим. Трудно поверить, что исследователи проделали все это, имея в своем распоряжении фрагмент кости весом лишь 40 мг, с полтора рисовых зернышка. Можно сказать, всего ничего. И из этого они секвенировали ядерный геном.
Статья Райха от 2010 г. – эпохальная публикация и с
