Невероятная одиссея человека. История о том, как мы заселили планету - Элис Робертс

исключить ее полностью. А есть ли возможность пойти дальше и исследовать другие образцы ДНК неандертальцев — например, ядерную ДНК?

Когда в 1997 г. после публикации статьи о неандертальской мтДНК у Сванте Паабо брали интервью для журнала Science, он весьма пессимистично оценивал вероятность того, что ядерную ДНК из костей неандертальцев вообще когда-либо сумеют выделить и секвенировать [5]. Но прошло чуть более десяти лет, я нахожусь в его лаборатории в Институте Общества Макса Планка, и именно этим Паабо сейчас и занимается.

Генетические лаборатории располагались прямо по коридору (очень красивому, освещенному естественным светом и плавно изогнутому) рядом с лабораторией по изучению костей. Институт воспринимался как современный монастырь, где царила атмосфера тишины и прилежных занятий. Но вместо монахов, тщательно копирующих библейские пассажи, в скрипториях стиля хай-тек скрывались ученые, секвенирующие неандертальский геном.

Я встретилась с Эдом Грином, одним из генетиков, напряженно работающих над проектом неандертальского генома. Эд принес несколько гипсовых слепков окаменелых останков, из которых была извлечена ДНК.

— Как вы извлекаете ДНК из этих останков? — спросила я.

— Ну, для начала нужно найти останки, содержащие древнюю ДНК, которую можно выделить. А затем нужно просто взять бормашину, чуть-чуть посверлить, получить немного костного порошка, после чего использовать стандартный метод выделения, в ходе которого ДНК связывается с частицами кварца. А потом начинается самое интересное. Нужно попытаться секвенировать эту ДНК и посмотреть, что там. Это ДНК человека, которому принадлежала кость? Или это ДНК микроорганизмов, поселившихся на этих костях?

— И по всей видимости, есть еще довольно большое количество ДНК современных людей — например, археологов, которые вели раскопки, — предположила я.

Эд согласился. Он был очень заинтересован в том, чтобы сейчас археологи выкапывали останки «стерильным» способом, но множество костей, обнаруженных несколько десятков лет назад, уже прошли через руки многочисленных археологов и кураторов.

Его научная группа подвергла анализу более семидесяти костей неандертальцев. В первую очередь — на вероятность присутствия в них пригодной для исследования ДНК. Для этого определяли содержание в них других органических веществ: аминокислот. В шести образцах оказались приемлемые уровни этих строительных элементов белков, а следовательно, был неплохой шанс, что сохранилось и некоторое количество ДНК. После этого приступили к выделению ДНК. Помня, что генетический материал мог принадлежать современным людям, образцы, прежде чем продвигаться дальше, проверяли на наличие примесей.

Образец фрагмента кости неандертальца из пещеры Виндия в Хорватии оказался особенно многообещающим. «К счастью для нас, обломок не представлял никакого интереса с точки зрения морфологии и был избавлен от многочисленных осмотров и обработок, а значит, в костях этого парня практически нет современных примесей», — сказал Эд.

Итак, генетики решили попробовать секвенировать ДНК, выделенную из останков, найденных в пещере Виндия. Этот метод развивается с поразительной скоростью. В генетических лабораториях, в скромных белых боксах находятся небольшие плашки, содержащие сотни лунок с фрагментами ДНК. Генетический материал, с которым имеют дело специалисты, очень фрагментарный: в ходе времени длинные участки ДНК, образованные миллионами пар оснований, разваливаются на кусочки, а потом разваливаются опять, и в итоге остаются фрагменты, состоящие всего из нескольких сотен или десятков пар оснований. При секвенировании определяют последовательности этих фрагментов, а затем практически заново их «склеивают». Новая технология позволяет одновременно упорядочить множество различных фрагментов. «Сейчас производительность секвенирования ДНК в сотни раз выше, чем какие-то три или четыре года назад», — сказал Эд.

Он очень наглядно объяснил мне принцип секвенирования (учитывая, что на самом деле нельзя открыть бокс и наблюдать, что там происходит). В каждой лунке содержится множество копий одной цепочки ДНК. Прибор «спрашивает» каждую цепочку, какое нуклеотидное основание (А, Ц, Т или Г) идет следующим, и составляет последовательность. При этом через лунки по очереди пропускаются растворы, каждый из которых содержит одно основание. Если «следующим» основанием будет Т, растворы с А, Ц и Г останутся незамеченными. Но при введении раствора, содержащего T, ферменты захватят основание, испуская при этом световое излучение. Такой метод называется пиросеквенированием. «При введении каждого раствора освещаются разные лунки, это похоже на фейерверк», — сказал Эд. Каждый раз при прохождении раствора с нуклеотидом некоторые лунки вспышкой света отвечают «да». Прибор снова и снова повторяет цикл, пока не будут упорядочены все фрагменты во всех лунках. С помощью этого метода можно прочитать сегменты, содержащие 100–200 нуклеотидов: прекрасный способ для обнаружения мельчайших фрагментов древнего генома.

Многие последовательности, как и ожидали генетики, оказались принадлежащими бактериям. Но при сравнении упорядоченных фрагментов с геномами человека, шимпанзе и мыши оказалось, что значительная их доля принадлежала приматам. Затем началась работа по сборке упорядоченных фрагментов в более длинные участки. Если бы удалось выделить достаточное количество фрагментов, можно было бы составить полный геном неандертальца [6].

Анализ ДНК должен был пролить свет не только на гибридизацию, но и на многие другие стороны проблемы. Сравнивая различия ДНК неандертальца и современного человека, можно было определить, когда разделились эти ветви родословного древа. В данный момент в Лейпциге создается впечатление, что это случилось примерно 516 тыс. л. н. Это гораздо раньше, чем показывали результаты исследования окаменелых останков, то есть примерно 400 тыс. л. н. И неудивительно. Генетическое разделение произошло в популяции, которая все еще была «единой».

Это принципиально новый метод, поэтому естественно, что еще остаются требующие устранения проблемы. И вероятно, наиболее сложная — загрязнение современной ДНК, которое может исказить результаты. Лаборатория Паабо — не единственное место, где продолжается секвенирование неандертальского генома. Этим занимается в Калифорнии группа под руководством Эдварда Рубина. Они сообщили о первом фрагменте последовательности неандертальского генома одновременно с Паабо. Но у них получились другие результаты и другое, еще более раннее, время, когда разошлись неандертальцы и современные люди, — примерно 706 тыс. л. н. [7]. По-видимому, даже при такой тщательной защите в образцы все-таки попали некоторые загрязнения, которыми можно объяснить отличие этих результатов от тех, что были получены в лейпцигской лаборатории [8]. Тем не менее благодаря тому, что деятельность одной лаборатории является проверкой работы другой, ученые надеются преодолеть трудности начального периода исследований [9]. Сроки, полученные в Калифорнии, действительно могут казаться очень ранними, но важно помнить, что это лишь предполагаемый период расхождения линий мтДНК, а не фактического разделения существующей популяции. На основе полученных генетических данных специалисты из группы Рубина определили, что популяции разошлись примерно 370 тыс. л. н., что хорошо согласуется с результатами анализа окаменелых останков.

Еще один возможный вариант применения древней ДНК — идентификация костных фрагментов, слишком маленьких для определения их размера и формы. На самом деле такой метод уже применялся к останкам по крайней мере с двух стоянок. Пещера