Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов - Луис Кинтана-Мурси

Однако в большинстве случаев интрогрессия древнего генетического материала в геном современных людей оказывалась неблагоприятной с точки зрения отбора, что приводило к постепенной потере древнего наследия, прежде всего в участках генома, кодирующих гены – речь идет о тех самых «пустынях древних генов». И наоборот, высокий уровень древнего наследия, наблюдаемый в геноме современных популяций, указывает либо на устойчивость этих древних вариантов, эволюция которых была нейтральной, не мешая адаптации современных людей, либо на предпочтение этих вариантов в ходе положительного или стабилизирующего отбора, поскольку они способствовали адаптациям людей после скрещивания. Известно о случаях отбора древних вариантов, происходивших после адаптивной интрогрессии – речь о генах, связанных с морфологическими признаками, метаболизмом и с реакцией на факторы окружающей среды – такие, как температура, высота, инсоляция или патогены. Учитывая, что неандертальцы и денисовцы жили в Евразии как минимум 300 000 лет до прибытия людей современного типа, они, по всей вероятности, были уже хорошо адаптированы к местному питанию, а также к патогенам и к условиям окружающей среды. Таким образом, для людей современного типа, пришедших из Африки, скрещивание с древними популяциями, которые они встречали, осваивая новые земли около 50 000 лет назад, оказалось полезным: оно облегчило их адаптацию к новым условиям окружающей среды.

Благотворность неандертальской интрогрессии

За последние годы все большее число исследований уделяли внимание идентификации генов и биологических функций, подвергшихся воздействию адаптивной интрогрессии и представляющих свидетельства о присутствии генетического материала неандертальцев (в популяциях за пределами Африки) и денисовцев (в популяциях Тихоокеанского региона и, в меньшей степени, в азиатских популяциях). Некоторые функции регулярно подвергаются адаптивной интрогрессии: это морфологические характеристики и пигментация кожи, метаболизм, адаптация к недостатку кислорода и иммунный ответ. Если говорить о неандертальцах, то для многих генов, задействованных в изменении пигментации кожи – связанном как с дифференциацией кератиноцитов[109], так и с их реакцией на ультрафиолетовые лучи (речь идет прежде всего о генах BNS2, MC1R, POU2F3 и HYAL2) – приобретение вариантов неандертальского происхождения оказалось благоприятным для адаптации к жизни в северных широтах. Кроме того, неандертальцы оставили нам в наследство варианты, связанные с катаболизмом[110] липидов, которые мы находим у европейских популяций: распространенность этих вариантов резко возросла вследствие адаптивных преимуществ, которые они проявили в Европе. Другие гены, задействованные в метаболизме липидов, – например, SLC16A11 и SLC16A3, кодирующие мембранные транспортные белки, ассоциированы одновременно с повышенным риском развития диабета второго типа в популяциях Латинской Америки и с неандертальским наследием. Мы не знаем, к чему помогали адаптироваться эти варианты: возможно, они дали популяциям американских индейцев преимущество, связанное с изменением диеты.

Денисовцы на высоте

Если относительно вклада неандертальцев в геном современного человека существует целый ряд гипотез, то о возможных адаптивных преимуществах от скрещивания с денисовцами известно довольно мало. Самый канонический пример касается гена EPAS1, связанного с концентрацией гемоглобина в крови и с реакцией организма на недостаток кислорода. В 2014 году группа Расмуса Нильсена из Калифорнийского университета в Беркли показала, что этот ген у тибетцев содержит много ДНК денисовца. Ученые предположили, что эта популяция получила от денисовцев аллели, благоприятные для адаптации к жизни на высоте, в условиях с крайне низким содержанием кислорода в воздухе. Денисовцы также передали благоприятные варианты, локализованные в других генах (TBX15 и WARS2), современным популяциям Южной и Восточной Азии, американским индейцам и аборигенам Гренландии. Было установлено, что участок, содержащий эти гены, ассоциирован с самыми разнообразными признаками – от различий в жировой ткани и распределении жира по телу до морфологических характеристик лица, телосложения, цвета волос и развития скелета. Эти несколько примеров подчеркивают важность вклада денисовцев в сегодняшнее фенотипическое разнообразие некоторых человеческих популяций.

Древняя интрогрессия и иммунитет

Биологическая функция, на которую, вероятно, сильнее всего повлияла древняя интрогрессия – неважно, неандертальского или денисовского происхождения, – это функция иммунного ответа. Первая связь между древней интрогрессией и иммунитетом была идентифицирована в области HLA, задействованной в формировании приобретенного иммунитета, где несколько гаплотипов, очевидно, добавились при гибридизации с неандертальцами или денисовцами. После первого исследования этого вопроса список генов иммунитета, для которых древняя интрогрессия оказалась благоприятной (у человеческих популяций за пределами Африки), продолжает непрерывно расти.

В 2016 году мы с моей командой показали, что гены, задействованные в системе врожденного иммунитета – другими словами, представляющие первую линию защиты от возбудителей инфекционных заболеваний, – особенно богаты неандертальским наследием. Результат нашего исследования подтвердил гипотезу, что скрещивание между неандертальцами и людьми современного типа способствовало адаптации последних к инфекционным заболеваниям, с которыми они сталкивались при расселении по планете. Например, благоприятные варианты генов или семейств генов неандертальского происхождения, задействованных в антивирусной защите (прежде всего ген STAT2 или семейство генов OAS), часто встречаются в большинстве популяций за пределами Африки. Менее распространенный кластер генов (TLR1-TLR6-TLR10), кодирующих рецепторы врожденного иммунитета, которые находятся на поверхности клеток и распознают микробов, демонстрирует сигналы адаптивной интрогрессии неандертальского происхождения как в Европе, так и в Азии. Денисовцы, со своей стороны, тоже внесли вклад: мы обязаны им отдельными благоприятными мутациями, связанными с иммунным ответом в популяциях Тихоокеанского региона, и особенно у меланезийцев. Один из таких случаев – ген TNFAIP3, который регулирует иммунитет, не допуская избыточного ответа, способного привести к воспалительным или аутоиммунным заболеваниям.

Защищающее наследие денисовцев в тихоокеанском регионе

Адаптивная интрогрессия в популяциях Тихоокеанского региона заслуживает отдельного внимания. Действительно, этот регион представляет особую важность для понимания того, как взаимодействие с древними гомининами определяло адаптации человека, поскольку местные популяции демонстрируют самый высокий в мире уровень древнего наследия – около 6 %, если мы сложим неандертальское и денисовское. Недавнее исследование моей команды, опубликованное в журнале Nature в 2021 году, показало, что вклад неандертальцев улучшил адаптацию популяций Тихоокеанского региона, повлияв на множество фенотипических признаков – среди них иммунитет, образование нейронных связей, метаболизм и пигментация кожи. Удивительный факт: адаптивная природа денисовской интрогрессии почти исключительно связана с иммунными функциями! В число генов, задействованных в иммунном ответе и содержащих высокий уровень денисовского наследия, входит ген, регулирующий иммунный ответ и упоминавшейся в предыдущем параграфе (TNFAIP3), а также другие гены, вовлеченные в клеточное взаимодействие (CD33) или регулирующие развитие антивирусной реакции с участием интерферонов (IRF4). Во всех этих примерах денисовские варианты присутствуют