Биолог Сванте Паабо создал отдельную научную дисциплину — палеогеномику

Наука и жизньНаука

Гены древних людей

Кирилл Стасевич

Сванте Паабо, создатель палеогеномики.

Нобелевская премия по физиологии и медицине 2022 года присуждена шведскому биологу Сванте Паабо «за открытия, касающиеся геномов вымерших гоминин* и эволюции человека». Паабо сумел найти подход к доисторической ДНК, создав тем самым отдельную научную дисциплину — палеогеномику. Именно благодаря его работам удалось прочитать геном неандертальца, а список видов Homo пополнился человеком денисовским.

* Гомининами называют группу приматов, к которым относится род людей — Homo и род шимпанзе — Pan.

До поры до времени все сведения о древних людях получали, анализируя их кости, их орудия труда, остатки животных, которых они ели на своих стоянках, и т. д. Сравнивая возраст находок, сравнивая места, где их нашли, можно многое узнать о том, как жили неандертальцы и сапиенсы, куда мигрировали, где встречались. Но некоторые тонкости их биологии и поведения просто по костям не узнаешь (в том числе и потому, что кости часто находят не в виде полного аккуратного скелета, а в виде разрозненных обломков). Например, были ли неандертальцы одинаковы на всей территории Евразии, от пиренейских пещер до Алтая? Можно ведь предположить, что их становилось то больше, то меньше, разные популяции теряли контакт друг с другом, переставали вступать в брачные отношения и начинали накапливать кое-какие генетические отличия. А для того чтобы увидеть такие генетические отличия, нужно прочесть неандертальскую ДНК. Или другой пример: общение между Homo neanderthalensis и Homo sapiens. Насколько братскими были отношения между этими братскими видами? Они могли на дух не переносить друг друга, и многие исследователи полагают, что H. sapiens просто вытеснил H. neanderthalensis (хотя есть данные и о том, что неандертальцы исчезли сами, по крайней мере, в некоторых регионах). В то же время конкуренция не обязательно исключает брачные отношения: оба вида могли спариваться и давать гибридное и вполне плодовитое потомство, что не так уж редко встречается в дикой природе. По строению костей нелегко определить, гибрид это или нет. Опять всё упирается в ДНК. Да, её можно извлечь из костной ткани. Но речь-то идёт не о современных костях, а о тех, которые провели в земле десятки и сотни тысяч лет. Прочесть тысячелетнюю ДНК — это что-то из области фантастики. Сванте Паабо стал нобелевским лауреатом как раз потому, что сделал фантастику былью.

ДНК египетских мумий и доисторических животных

Любой рассказ о научной карьере Сванте Паабо начинается с его увлечения Древним Египтом. Учась в Уппсальском университете, он занимался аденовирусами и их взаимодействием с иммунной системой, но свободное время тратил на то, чтобы извлечь ДНК из кусочков египетской мумии возрастом 2400 лет. Цель была в том, чтобы проверить, можно ли вообще найти ДНК в настолько старых образцах. ДНК из мумии выделить удалось, и она даже оказалась человеческой, однако вскоре Паабо понял, что ДНК, которую он выделил, была не древней, а современной. Люди постоянно разбрасывают вокруг себя собственную ДНК: она высвобождается из отмирающих клеток. Хотя её довольно мало, она способна заслонить собой ту ДНК, которую требуется изучить, особенно если этой ДНК тоже немного. Зато благодаря экспериментам с мумией удалось понять, что работать с древними образцами нужно в стерильных условиях.

В 1987 году Паабо перебирается в лабораторию выдающегося исследователя Аллана Чарльза Вильсона в Калифорнийском университета в Беркли (США). Вильсон был едва ли не первым, кто на практике применил молекулярно-биологические подходы к эволюции, в том числе и к эволюции человека. В частности, проанализировав митохондриальную ДНК людей с разных континентов, Вильсон и его коллеги обнаружили, что всё человечество берёт начало в Африке. Но Вильсон работал с ДНК, взятой у современных людей. Паабо же хотел добраться именно до древней ДНК.

Сначала эксперименты ставили с остатками животных, чтобы поменьше обращать внимание на загрязнения: если вы нашли лошадиную ДНК в костях доисторической лошади, то вам не нужно ломать голову, принадлежит ли она действительно доисторической лошади или же эти кости трогала какая-то современная лошадь. Хотя, кроме загрязнений современной ДНК, исследователям пришлось что-то делать с древними загрязнениями, в первую очередь с ДНК микроорганизмов, которые тысячи лет назад питались на этих костях мёртвой органикой. Понятно, что бактериальная ДНК отличается от ДНК той же лошади, но если бактериальной ДНК будет очень много, она всё равно затруднит работу.

В 1980-е годы лаборатории активно осваивали недавно открытую ПЦР, полимеразную цепную реакцию, и Паабо с Вильсоном не остались в стороне. Как мы знаем, ПЦР позволяет создать много копий ДНК. Если изначально ДНК в образце очень мало и с ней ничего нельзя сделать, то с помощью ПЦР её можно размножить, чтобы сделать её видимой для других методов. Тем не менее из ископаемых костей не всегда удавалось так выделить ДНК, чтобы её подхватили ферменты ПЦР. Паабо модифицировал процедуру выделения, чтобы ДНК как можно полнее вымывалась из костного порошка. А потом — уже после того, как он перебрался из Калифорнийского университета в Беркли в Университет Мюнхена (Германия), — ему с коллегами удалось разработать метод, с помощью которого можно было узнать, есть ли вообще в образце необходимое количество ДНК. Метод основан на анализе хиральных (зеркальных) изомеров некоторых аминокислот, которые тоже остаются в костях: в присутствии ДНК аминокислоты изомеризуются медленнее, чем без ДНК. По степени изомеризации можно понять, стоит ли рассчитывать на древнюю ДНК в конкретном образце.

Наконец, нужно было решить большую проблему, связанную с разрушением самой ДНК. Часто говорят, что ДНК — довольно прочная молекула, но это не значит, что она способна пролежать десятки тысяч лет без каких-либо изменений. ДНК окисляется, рвётся, распадаясь на фрагменты, в ней происходят «посмертные мутации»: генетическая буква Г (азотистое основание гуанин) превращается в А (аденин), а Ц (цитозин) — в У (урацил), урацил же при чтении последовательности ДНК будет прочтён как Т (тимин). Такие дефекты можно выявить, потому что ДНК в костных остатках сохраняется во множестве копий, а один и тот же дефект не может попасть сразу во все копии. Кроме того, у повреждений, связанных с посмертной деградацией, есть особые химические признаки, и происходят они по определённым правилам, так что исходную последовательность ДНК можно в том или ином виде восстановить. Но всё это, конечно, требует больших методических ухищрений.

ДНК неандертальцев

Статьи, в которых Паабо с коллегами описывали, как следует работать с доисторической ДНК, были опубликованы в конце 1980-х — первой половине 1990-х годов. Потренировавшись «на кошках» (то есть на плейстоценовых* лошадях, гигантских ленивцах и т. д.), Паабо взялся за людей, то есть за неандертальцев. Причём в качестве первого образца он взял кусочек кости из тех самых останков, которые ещё в XIX веке были найдены в долине Неандерталь. И начать решили не с ядерной ДНК, а с митохондриальной**. Ген в ядерной ДНК в каждой клетке есть только в двух копиях, митохондрий же в клетках много, и митохондриальная ДНК для анализа тоже будет во множестве копий. Разумеется, с неандертальскими образцами работали так, чтобы не загрязнить их современной ДНК; кроме того, такой же эксперимент попросили выполнить другую лабораторию — чтобы оценить надёжность полученных данных. Митохондриальную ДНК анализировали не всю, а только несколько сотен нуклеотидов. Их сравнили с аналогичными участками в митохондриальной ДНК шимпанзе и современных людей, и оказалось, что ДНК из неандертальских костей отличается как от обезьяньей, так и от ДНК современных H. sapiens, где бы они ни жили — в Европе ли, в Африке, в Азии. Отличия в ДНК, конечно, говорили кое-что новое об эволюции людей, но главное, что удалось показать, — это что ДНК в принципе можно выделить из очень, очень древних костей (возраст останков из долины Неандерталь составляет 40 тысяч лет).

* Плейстоцен — геологическая эпоха, начавшаяся 2,588 млн лет назад и закончившаяся 11,7 тысяч лет назад.

** Митохондриями называют клеточные органеллы клетки, которые окисляют питательные молекулы, добывая из них энергию для нужд клетки. У митохондрий есть своя ДНК, намного меньшая по размеру, чем «главная» геномная ДНК в ядре.

Реконструкция внешности мужчины-неандертальца.

На рубеже XX—XXI веков Паабо с коллегами и другие научные группы опубликовали несколько работ, в которых анализировали митохондриальную ДНК из неандертальских костей, найденных в разных местах, в том числе и в Мезмайской пещере в Краснодарском крае. При этом параллельно в научном мире шёл проект «Геном человека»: он начался в 1990 году, а к 2000 году был опубликован черновик генома. Паабо не мог не знать, какие методы чтения ДНК там используются и какие преимущества они дают, — с ними можно было попробовать проанализировать ядерную ДНК неандертальца. Проблема была в том, чтобы найти такие останки, в которых одновременно хватало бы неандертальской ДНК и которые были бы не слишком загрязнены ДНК современной. Среди более чем семидесяти костей и зубов нашлась одна подходящая кость из хорватской пещеры Виндижа — в её неандертальской ДНК к 2006 году удалось прочесть миллион букв. Правда, этот миллион всё равно был ощутимо загрязнён генетическими последовательностями современных людей, но всё же неандертальскую ДНК хоть как-то удалось прочесть. В дальнейших экспериментах усилили стерильность и начали тщательнее избавляться от ДНК бактерий; кроме того, удалось сильно повысить количество копий неандертальской ДНК — теперь одну и ту же последовательность можно было прочесть много раз для большей надёжности.

Реконструкция внешности женщины-неандерталки.

Черновик неандертальского генома был готов к 2010 году. Исследователи прочли четыре миллиарда генетических букв в ДНК из останков трёх неандертальцев, найденных в пещере Виндия. Прочитанные последовательности собирали в геном около пятидесяти специалистов. ДНК неандертальцев из Хорватии сравнивали с отдельными участками генома в ДНК неандертальцев из долины Неандерталь, Мезмайской пещеры и пещеры Эль-Сидрон в Испании. Хотя с ДНК работали в стерильных условиях, получившуюся последовательность дополнительно проверяли на современное загрязнение, сравнивая её с геномом нынешних людей. Некоторые участки генома были прочитаны по нескольку раз, и в них можно было быть более или менее уверенными, другие же были прочитаны мало или не прочитаны вовсе. Так или иначе, стало понятно, что анализ неандертальской геномной ДНК — это не какая-то фантастика, и исследователи принялись уточнять черновик генома, попутно сравнивая его с геномом современных людей. Вместе с неандертальским геномом на свет появилась новая научная дисциплина — палеогеномика.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Научный халифат Научный халифат

Что ислам подарил христианскому Западу

Вокруг света
Араму 60! Араму 60!

Латук недолговечен, воспоминания великого человека — бесценны!

Собака.ru
Во глубину сибирских руд Во глубину сибирских руд

По следам декабристов на каторгу в Сибирь

Вокруг света
6 колосажательных фактов о Дракуле 6 колосажательных фактов о Дракуле

Жизнь Влада III Цепеша будет покровавее любого вампирского романа

Maxim
Корея против Кореи Корея против Кореи

Эту войну называют «забытой». В Советском Союзе о ней мало писали и говорили

Дилетант
Маленький, да удаленький: как «Жук» стал автомобильным символом целой эпохи и пережил ее Маленький, да удаленький: как «Жук» стал автомобильным символом целой эпохи и пережил ее

У этой крошечной машинки со смешным дизайном много регалий

Вокруг света
Лабиринт: запутанная история Лабиринт: запутанная история

Самые необычные лабиринты мира – история и тайны

Вокруг света
Купюры умеют молчать Купюры умеют молчать

В стране скопился рекордный объем валютной выручки

Эксперт
Наследник без престола Наследник без престола

Долгие годы Павел ждал корону, являясь законным наследником трона

Дилетант
7 главных моделей оружейника Джона Браунинга 7 главных моделей оружейника Джона Браунинга

Оружие, которое сделал Джон Браунинг

Maxim
Не теряйте меня (и себя) Не теряйте меня (и себя)

События и испытания последних лет лишь подливают масла в огонь нашей тревожности

Psychologies
Чемпион, ракета, тихий троечник: как хвалить подростков в зависимости от типа личности Чемпион, ракета, тихий троечник: как хвалить подростков в зависимости от типа личности

Когда похвала полезна, а когда может принести подростку вред?

СНОБ
Рефераты Рефераты

Выясняем, как можно увидеть темную материю и разбираем натрий-серный аккумулятор

Наука и жизнь
Загадка Зодиака: серийный убийца оставил шифр, разгадать который оказалось почти невозможно Загадка Зодиака: серийный убийца оставил шифр, разгадать который оказалось почти невозможно

Какие приемы использовал убийца в этом необычном коде, и как он был «взломан»

TechInsider
Подпоручик, маршал, палач, жертва Подпоручик, маршал, палач, жертва

Как самонадеянность привела Тухачевского к гибели

Дилетант
Покупаете кофе навынос? Ученые рассказали, почему это опасно для здоровья Покупаете кофе навынос? Ученые рассказали, почему это опасно для здоровья

Кофе навынос с утра пораньше дарит человеку не только заряд бодрости

Psychologies
Любимый фикус в горшке: как сохранить ощущение дома в любой точке мира Любимый фикус в горшке: как сохранить ощущение дома в любой точке мира

Что такое «чувство дома» и как оно формируется?

Forbes
Глава «Вкусно — и точка» — Forbes: «Были гигантские инвестиции в раскрутку бренда» Глава «Вкусно — и точка» — Forbes: «Были гигантские инвестиции в раскрутку бренда»

генеральный директор сети «Вкусно — и точка»: как проходил перезапуск сети

Forbes
Как была устроена аренда жилья в царской России Как была устроена аренда жилья в царской России

Как искали жилье во времена Российской империи?

СНОБ
14 признаков настоящей дружбы: проверьте себя 14 признаков настоящей дружбы: проверьте себя

Ученые попытались разложить дружбу на составляющие

Psychologies
Брить или не брить: 17 вех из истории бороды Брить или не брить: 17 вех из истории бороды

Как жители разных уголков мира относились к растительности на лице

Вокруг света
«Просто Мария», «Богатые тоже плачут» и «Клятва»: культовые мексиканские сериалы «Просто Мария», «Богатые тоже плачут» и «Клятва»: культовые мексиканские сериалы

Вспоминаем самые популярные мексиканские «мыльные оперы»

VOICE
«Не хочу отвечать насилием на насилие»: Ирина Старшенбаум о фильме «Сестры» «Не хочу отвечать насилием на насилие»: Ирина Старшенбаум о фильме «Сестры»

Ирина Старшенбаум — о том, как совместить каноны жанра с правдой жизни

Forbes
Себе дороже: кто из богатейших не готов жертвовать состояние на благотворительность Себе дороже: кто из богатейших не готов жертвовать состояние на благотворительность

Кто из богатейших людей мира не подписал «Клятву дарения»?

Forbes
Гарвардские ученые после 74 лет исследования узнали, что делает людей счастливыми (но мы делаем все наоборот) Гарвардские ученые после 74 лет исследования узнали, что делает людей счастливыми (но мы делаем все наоборот)

От чего же зависит, насколько счастливыми мы себя чувствуем?

Inc.
Золото и авокадо Золото и авокадо

Минимализм в современной новостройке

Идеи Вашего Дома
«Идеи о справедливости» «Идеи о справедливости»

Шариат и культурные изменения в русском Туркестане: отрывок из книги

N+1
Почему мужчины после 40 лет становятся невыносимыми Почему мужчины после 40 лет становятся невыносимыми

Что такое «синдром мужской раздражительности»?

Psychologies
6 признаков человека, которого недолюбили в детстве 6 признаков человека, которого недолюбили в детстве

Холодность родителей — это трещины в фундаменте нашей взрослой жизни

Psychologies
Кай Метов: «О сексуальном подтексте песни “Position № 2” мне говорят многие люди» Кай Метов: «О сексуальном подтексте песни “Position № 2” мне говорят многие люди»

Заслуженный артист России Кай Метов раскрыл секрет успеха своего хита

VOICE
Открыть в приложении