Международная группа ученых получила высококачественные геномы людей, живших на территории Европы около 45 тысяч лет назад, — мужчины из пещеры Ранис (Германия) и женщины из пещеры Злата Кун (Чехия). Также были секвенированы с более низким качеством еще пять геномов из Ранис. Женщины из этой пещеры были родственницами, а их дальней родней оказалась женщина из Злата Кун. Анализ геномов показывает, что гибридизация этих людей с неандертальцами произошла позднее, чем считалось, и подтвердил, что люди из Злата Кун/Ранис не были предками современных европейцев.
Изображение:
Около 45 тысяч лет назад предки людей из пещер Ранис в Германии и Злата Кун в Чехии вместе путешествовали в степях Европы.
Credit:
Tom Björklund | Пресс-релиз
Генетических данных о самых ранних людях современного типа, которые пришли в Европу, когда там еще обитали неандертальцы, на сегодняшний день немного. Международная команда под руководством ученых из Института эволюционной антропологии Макса Планка секвенировала геномы семи человек, живших 42–49 тысяч лет назад на территории современных Германии и Чехии, из них два — с высоким качеством. Эти индивиды принадлежали к небольшой, объединенной родственными связями группе, раньше всех отделившейся от основной популяции, которая покинула Африку около 50 тысяч лет назад. В их геномах есть следы давней гибридизации с неандертальцами, произошедшей 45–49 тысяч лет назад — гораздо позднее, чем считалось.
Современные люди прибыли в Европу более 45 тысяч лет назад и по крайней мере 5000 лет обитали там одновременно с неандертальцами. Два-три процента неандертальской ДНК сегодня есть в геномах всех людей, живущих вне Африки, но о том, когда и где происходили контакты неандертальцев и людей современного типа, известно недостаточно. На территории Евразии есть шесть местонахождений людей современного типа, живших до исчезновения неандертальцев, которое произошло около 40 тысяч лет назад: Ранис (Германия), Злата Кун (Чехия), Пештера-ку-Оасе (Румыния), Бачо Киро (Болгария), Усть-Ишим (Россия, Омская область) и Тяньюянь (Китай).
В новой работе проанализированы геномы из пещеры Ильзенхеле возле средневекового замка Ранис и пещеры Злата Кун.
Пещера Злата Кун (Конепрусская пещера). Credit: Martin Frouz
В 2021 году мы уже писали о геноме женщины из Злата Кун, где был найден череп с поврежденной лицевой частью. Для нее не удалось получить адекватные данные радиоуглеродного датирования, однако молекулярные данные указывают на то, что она жила около 45 тысяч лет назад. В частности, об этом говорит длина неандертальских сегментов в ее геноме — обмен генами должен был произойти за 74-78 поколений до нее. У предков женщины из Злата Кун и мужчины из Тяньюаня событие смешения с неандертальцами было однократным и давним, тогда как в геномах людей из Усть-Ишима (44 тысячи лет назад), Оасе (40 тысяч лет назад) и четырех человек из Бачо Киро (44 тысячи лет назад) были следы относительно недавнего обмена генами с неандертальцами — за 10–20 поколений до них. При этом люди из Злата Кун, судя по накопленным отличиям в геноме, отделились от остальных выходцев из Африки гораздо раньше других популяций.
За исключением человека из Тяньюаня, люди из этих местонахождений не внесли вклада в генофонды более позднего населения Евразии. Сравнение с современными популяциями показало, что сородичи женщины из Злата Кун не были предками ныне живущих европейцев — они более сходны с современными жителями Азии, чем с ними. Потомки первых переселенцев в Европу могли погибнуть после мегаизвержения Флегрейских полей (вулканического района к северо-западу от современного Неаполя), которое вызвало сильное похолодание.
Для людей из Бачо Киро известна одноименная археологическая культура, относительно остальных местонахождений велись дискуссии: кто изготовлял каменные орудия, найденные в этих пещерах, люди современного типа или неандертальцы. Это относилось и к пещере Ранис (ее исследования мы упоминали в воскресном обзоре в феврале этого года.) В ней найдены артефакты культуры Линкомб-Ранис-Ежмановице (Lincombian-Ranisian-Jerzmanowician, LRJ) и небольшие фрагменты человеческих костей. Но в предыдущих исследованиях из костей удалось получить митохондриальную ДНК, и таким образом было доказано, что все они принадлежат людям современного типа. Это стало аргументом против «неандертальского» происхождения орудий LRJ.
В новом исследовании были проанализированы ядерные геномы из 13 образцов, найденных в Ранис, и установлено, что они принадлежали как минимум шести индивидам. Одна из костей продемонстрировала удивительную сохранность — 30% ДНК принадлежали древнему человеку. Фактически это самая сохранная кость человека современного типа, жившего в плейстоцене, отмечается в пресс-релизе Института эволюционной антропологии. Именно из этой находки был получен высококачественный геном мужчины, который обозначили как Ранис 13. Исследователи также секвенировали заново геном женщины из Злата Кун.
Геномы Ранис 13 и Злата Кун (покрытие соответственно 24х и 20х) — старейшие высококачественные геномы человека на данный момент. В них исследовали миллионы вариантов для популяционно-генетического анализа, включая те, которые указывают на неандертальскую или денисовскую примесь.
Два человека из пещеры Ранис, судя по размеру костей, были младенцами; по генетическим данным, три обитателя пещеры были мужского пола, три женского. Среди них были мать и ее дочь младше пяти лет. Более отдаленное родство связывало мать девочки с другой женщиной (они могли быть родными или двоюродными сестрами). Мужчины были неродственными; интересно, что гаплогруппа Y-хромосомы двоих из них оказалась сходной с гаплогруппой человека из Усть-Ишима.
Чтобы исследовать более отдаленное родство, авторы выделили в геномах четырех индивидов из Ранис и женщины из Злата Кун участки, которые могли быть получены от общего предка (Identical By Descent, IBD). Родство между женщинами из Ранис подтвердилось, но, что удивительно, женщина из Злата Кун оказалась родней женщинам из Ранис. «К нашему изумлению, мы обнаружили родство пятой или шестой степени между Злата Кун и двумя индивидами из Ранис, — говорит Арев Сюмер, первый автор исследования. — Это значит, что Злата Кун генетически была частью расширенной семьи Ранис и, вероятно, также изготовляла орудия LRJ». Расстояние между двумя пещерами — около 230 км.
Реконструкция внешности женщины из Злата Кун, у которой обнаружены родственники на территории Германии. Credit: Tom Björklund
Анализ генных вариантов, ассоциированных с фенотипическими признаками, показал, что и женщина из Злата Кун, и мужчина из Ранис были темноволосыми и кареглазыми, кожа их была темного цвета. Популяция, к которой они принадлежали, судя по геномным данным, на протяжении последних 15 поколений могла состоять всего из 100–200 человек, которые расселились по обширной территории. Небольшой эффективный размер популяции (но не близкородственное скрещивание), по-видимому, способствовал снижению генетического разнообразия локуса HLA, что, в свою очередь, могло уменьшить способность иммунной системы противостоять инфекциям.
Никаких признаков того, что эти люди могли быть предками современных европейцев, и в этот раз не было найдено.
Исследование IBD-сегментов указывало на то, что мужчину из Ранис 13 и женщину из Злата Кун, скорее всего, разделяло три поколения, а 15 поколений — максимальное значение, что дает для женщины ту же датировку: около 45 тысяч лет назад.
Наконец, в этой работе было уточнено время обмена генами с неандертальцами. В геномах Ранис 13 и Злата Кун доля ДНК неандертальцев составила 2,9%. При этом в них не было следов недавних событий такого рода, в отличие от геномов из Бачо Киро., Анализ длины «неандертальских» сегментов в геноме Ранис 13 вместе с радиоуглеродным датированием индивида указывает, что событие обмена генами, могло произойти 45–49 тысяч лет назад (примерно за 80 поколений до того, как жили они сами, или за 2,4 тысячи лет, считая, что средняя продолжительность поколения 30 лет).
Предыдущие анализы современных неафриканцев выявили пять крупных хромосомных регионов, в которых не встречаются неандертальские генетические варианты («неандертальские пустыни»). Вероятно, они были сформированы мощным отрицательным отбором вскоре после скрещивания. В геноме Ранис 13 неандертальских сегментов в «пустынях» не было, а в геноме Злата Кун был один такой сегмент в «пустыне» на хромосоме 1, обнаруженный и в предыдущей работе. Это означает, что большинство «пустынь» сформировалось в течение примерно 80 поколений.
Можно предположить, что в Европе мигрировали по меньшей мере две генетически различные группы ранних современных людей; к одной принадлежали люди из Бачо Киро, к другой — люди из Злата Кун и Ранис. «Тот факт, что группы современных людей, которые могли прибыть в Европу позднее, имели неандертальскую примесь, а Ранис и Злата Кун нет, может означать, что более старшая линия Злата Кун/Ранис могла прийти в Европу иным путем или не так сильно перекрываться с регионами обитания неандертальцев», — высказывает предположение Кай Прюфер, соруководитель работы.
Популяция Злата Кун/Ранис — наиболее ранняя известная ветвь анатомически современных людей, отделившаяся от тех, кто вышел из Африки и начал расселяться в Евразии. Тем не менее в их геномах есть древняя неандертальская примесь, есть она и у всех современных неафриканских популяций. Это означает, что 45–49 тысяч лет назад предковая неафриканская популяция все еще была единой, а вскоре после контакта с неандертальцами произошло отделение Злата Кун/Ранис.
«Эти результаты дают нам более глубокое понимание самых первых переселенцев в Европу, — говорит Йоханнес Краузе, руководитель исследования. — Они также указывают на то, что любые найденные за пределами Африки останки современного человека, которым более 50 тысяч лет, не могли быть частью общей неафриканской популяции, которая скрещивалась с неандертальцами и теперь встречается во многих частях мира».
Источник
Arev Sümer, et al. Earliest modern human genomes constrain timing of Neanderthal admixture // Nature. 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-08420-x