Глава 42. Неандерталец меняет кожу

 

Была у детишек

Плохая черта:

Они как хотели

Меняли цвета.

Синий в минуту

Мог стать золотистым,

Желтый – коричневым

Или пятнистым!

Эдуард Успенский. Разноцветная семейка

 

Я обещал, что неандертальцев оставлю «на сладкое». Открытый еще в середине XIX века, Homo neanderthalensis за полтора столетия сильно преобразился. Все начиналось с образа сутулой обезьяны на полусогнутых ногах. Но в дальнейшем имидж неандертальца стал заметно более человечным (в последнее время – может быть, даже слишком…). Менял европейский троглодит и окраску. В этом легко убедиться, посмотрев пару художественных фильмов с неандертальцами. 1986 год, фильм «Клан пещерного медведя»: белокурая кроманьонка борется за свои права в патриархальном обществе жгучих неандертальских брюнетов. 2010 год, фильм «Последний неандерталец»: рыжий‑конопатый неандерталец борется за свои права в шовинистическом обществе жгучих кроманьонских брюнетов.

Несмотря на веяния моды, никто из режиссеров пока что не изобразил неандертальцев чернокожими. Даже в бибисишной «Планете первобытных людей» (Planet of the Apemen, 2011), где кроманьонцев играют образцовые африканцы, неандертальцы на их фоне смотрятся крайне бледно…

Между тем мысль о том, что у неандертальцев была темная кожа, уже давно проскакивала в публикациях ученых.

Биохимик Уильям Фарнсворт Лумис полагал, что люди в Евразии посветлели уже 500 000 лет назад, а кроманьонцы непременно обладали бледной кожей, светлыми волосами и голубыми глазами^{1}. Тем не менее Лумис допускал, что неандертальцы могли вымереть в Европе от рахита, поскольку в холодные зимы вынуждены были закутывать своих детей в шкуры, таким образом лишая их даже слабого ультрафиолета, даваемого северным солнцем.

На страницах книги я уже упоминал выдающегося анатома XIX века Рудольфа Вирхова. В свое время этот ученый сыграл печальную роль в исследовании останков неандертальца. Вирхов счел, что скелет из долины Неандер принадлежал всего лишь обычному старику, болевшему артритом и перенесшему в детстве рахит. В 1970 году медик Фрэнсис Айвенго заявил, что Вирхов, возможно, был‑таки прав в одном: европейские неандертальцы в самом деле страдали от рахита, вызванного нехваткой солнечных лучей. Айвенго усмотрел признаки рахита на черепах неандертальских детей: очень крупная мозговая часть, широко открытые швы, огромные глазницы, неправильный прикус и аномальная форма зубов. Типичный рахит!^{2} Американский антрополог Майкл Михлович напоминал, что рахит – заболевание, характерное для темнокожих в высоких широтах^{3}. Быть может, неандертальцы были поначалу очень смуглыми, но со временем посветлели и эволюционировали в сапиенсов?

 

 

Извилисты пути человеческой мысли! Как насчет того, что неандертальцы вымерли от ультрафиолета? Такую гипотезу всерьез высказали в 2010 году французские климатологи. От губительного воздействия солнечной радиации нас защищает магнитное поле Земли. Однако в истории нашей планеты неоднократно случались ситуации («геомагнитные экскурсы»), когда напряженность магнитного поля Земли резко падала. Как раз на период вымирания неандертальцев около 40 000 лет назад приходится подобные событие – экскурс Лашамп. В такие моменты потоки космической радиации беспрепятственно вторгались в атмосферу планеты и, вероятно, сильно истощали озоновый слой. А это значит, что усиливалось ультрафиолетовое излучение, достигавшее поверхности Земли, причем особенно заметно – в высоких широтах, с самыми негативными последствиями для всего живого. От этого, по мысли французских ученых, и вымерли неандертальцы…^{4}

 

 

XXI век. Благодаря палеогенетике мы знаем, что неандертальцы не были нашими прямыми предками, но все же оставили след в генофонде современных людей. О древнем смешении жителям Евразии, Океании и Нового Света напоминает примерно 2,5 % неандертальской ДНК.

Что палеогенетика расскажет нам о цвете кожи неандертальцев? В 2007 году специалистам удалось прочитать фрагменты ДНК этих древних людей из Монти Лессини (Италия) и Эль‑Сидрон (Испания). В руки генетикам в том числе попала часть знакомого нам гена MC1R. Неандертальский вариант содержал мутацию, не встречающуюся у современных людей (R307G, замена в 307‑й позиции аргинина на глицин). Во всяком случае, у 2800 индивидов XXI века такой не нашлось. Чтобы исключить загрязнение образца современной ДНК, генетики прочитали последовательности MC1R у всех, кто участвовал в раскопках и исследовании. Чисто. Ученые ответственно подошли к открытию, повторив анализ в трех независимых лабораториях[83].

Как выяснить, влияла ли мутация на работу гена? Экспериментально. «Неандертальский» ген внедрили в клетки зеленой мартышки, размножающиеся в пробирке. (Александр Марков в своей книге «Эволюция человека. Обезьяны, кости и гены» пошутил по этому поводу, что «на уровне отдельных клеток гибриды мартышки и неандертальца уже получены!»^{5}.) Если на эти клетки воздействовали альфа‑меланоцитстимулирующим гормоном, неандертальский вариант рецептора MC1R реагировал в два раза слабее, чем нормальный, «дикий» рецептор. Если у людей MC1R такой «хилый», у них часто бледная кожа и рыжие волосы – особенно если мутацию содержат обе копии гена. Были ли испанский и итальянский неандертальцы гомозиготны по этой мутации, генетикам установить не удалось. Исследователи осторожно заключили, что как минимум 1 % неандертальцев могли быть бледнокожими и рыжеволосыми. И поскольку мутация у неандертальцев своя, «доморощенная», то посветлеть они должны были независимо от наших предков под действием суровых условий Евразии^{6}.

Как вы понимаете, 1 % – это не 100 %, однако с этого момента неандертальцев стали изображать исключительно рыжими и конопатыми.

В 2010 году усилиям генетиков впервые поддался полный неандертальский геном – для науки посмертно пожертвовала своим бедром древняя женщина из хорватской пещеры Виндия. В 2014 году опубликован полный геном номер 2, на этот раз открыла свои генетические тайны неандерталка из Денисовой пещеры на Алтае. Увы, у обеих неандертальских дам MC1R не содержал специфических мутаций^{7}, так что рыжими они, скорее всего, не были. К сожалению, подобная информация не так интересна СМИ, как рассказ про фактурных огненноголовых охотников из каменного века…

Как бы то ни было, исследователей очень интересовало, чем Homo neanderthalensis наградили нынешних жителей Евразии. Очевидно, что неандертальский вклад мог как приносить пользу, так и вредить. Либо вообще никак не проявляться. Ученым удалось показать, что некоторые аллели, доставшиеся нам от неандертальцев, явно вредны и отбор работал против них. Но есть архаические варианты, частота которых в человеческих популяциях росла, а это признак положительного отбора. Значит – польза была! Исследования показывали, что такие неандертальские варианты связаны с иммунитетом, обменом веществ, а также – что особенно здорово – с пигментацией.

Расскажу о нескольких исследованиях в этом направлении.

Поиск участков ДНК, особенно богатых на неандертальские мутации, среди 1000 современных геномов дал интересный результат: в эти области попал ряд генов, участвующих в формировании кератиновых нитей, т. е. влияющих на структуру кожи и волос (причем у европейцев и у восточных азиатов это разные гены)^{8}. Хотя речь не идет о пигментации, важен вывод исследователей, что неандертальские аллели могли помочь коже наших предков приспособиться к условиям высоких широт.

Аналогичный результат получила группа генетиков, которая попыталась собрать неандертальский геном из кусочков древней ДНК, разбросанных по геномам современных людей. Хотя у каждого из нас процент неандертальской примеси примерно одинаков – 2,5 %, в эти проценты могут входить разные фрагменты генома. Исследователям удалось составить из геномов множества людей около 20 % неандертальской ДНК – 600 мегабаз[84]. Любопытно, что среди неандертальских генетических вариантов встречаются такие, которые распространены среди европейцев и практически отсутствуют в Азии. Таков ген BNC2, который в Европе ассоциируется с насыщенностью цвета кожи (частота неандертальского аллеля у европейцев 70 %. Мутации в этом гене связаны с пигментными пятнами на лице). С геном POU2F3 картина обратная: частота архаического варианта у азиатов 66 %, в Европе же он очень редок. Этот ген регулирует рост кератиноцитов. Опять кожа! Но нашлись участки ДНК с высокой частотой неандертальских вариантов и в Европе, и в Азии – и туда тоже попал целый кластер кератиновых генов^{9}. Что‑то неандертальское определенно есть в нашей коже.

В другом исследовании обнаружилось, что у восточных азиатов с высокой частотой (49 % – у японцев и 66 % – у китайцев) встречается неандертальский вариант гена HYAL2. Ген связан с распадом гиалуронана (гиалуроновая кислота участвует в регенерации кожи, в том числе после солнечных ожогов). Интересно, что активность гена возрастает в ответ на облучение ультрафиолетом. Исследователи пришли к выводу, что неандертальские варианты распространялись в Азии под действием сильного естественного отбора^{10}. Удалось найти даже корреляцию с географической широтой, правда, слабую и… отрицательную (т. е. чем дальше от экватора, тем «неандертальская» частота ниже).

Еще одна команда исследователей постаралась доказать, что один из вариантов MC1R все‑таки достался современным людям от неандертальца. Речь о мутации Val92Met (снип rs2228479, замена G на A) – одном из самых частых вариантов, связанных у европейцев с рыжими волосами и бледной кожей. Встречается он и в Европе, и в Азии, причем в Юго‑Восточной Азии очень часто – у 32 % жителей (в Европе – 5,5 %), а особенно распространен на Тайване, где его частота достигает 71 %.

Вы скажете: но ведь у неандертальцев не нашли такого варианта MC1R! Как же он может быть неандертальским? Исследователи рассуждали так: мутация передается не сама по себе, а вместе с куском генома. Если на каком‑то участке ДНК современных людей мы видим много расположенных достаточно близко друг к другу неандертальских мутаций, значит, по‑видимому, весь кусок – неандертальского происхождения!

Ученые взяли участок 16‑й хромосомы, содержащий ген MC1R, и с помощью базы данных проекта «1000 геномов» стали искать в нем специфические неандертальские мутации[85] (их в статье называют «неандертальские информативные маркеры», НИМ). Таких НИМов в районе MC1R нашлось 59. Их комбинации, по мысли исследователей, маркировали участок ДНК, доставшийся данному человеку от неандертальца. Так вот, оказалось, что все найденные таким способом предположительно неандертальские варианты гена MC1R содержали эту самую замену Val92Met.

Чтобы проверить свой вывод, исследователи дополнительно генотипировали более 750 индивидов из 31 популяции мира. У всех проверяли снип rs2228479 и четыре ближайшие к нему позиции в ДНК, где могут быть неандертальские варианты. Участок решили считать «не‑неандертальским», если во всех четырех позициях находились варианты, отличные от архаических. Однако оказалось, что все индивиды – обладатели замены Val92Met имели еще хотя бы два неандертальских варианта в проверяемых позициях. Значит, у всех, у кого найдена замена Val92Met, она находится на «неандертальском» участке ДНК!^{11}

Спрашивается, почему же у самого неандертальца не нашли этого варианта MC1R? Авторы предлагают два возможных объяснения. Во‑первых, неандертальцы разные. Свои гены сапиенсам передала, разумеется, не конкретно алтайская неандерталка, а какой‑то ненайденный индивид, и у него вполне мог быть вариант MC1R с Val92Met. Во‑вторых, мутация в MC1R могла случиться у сапиенсов уже после того, как они получили соответствующий неандертальский вариант гена. Однако исследователи пришли к выводу, что такая версия исключена, ведь, судя по всему, неандертальский вариант был передан сапиенсам неоднократно! Откуда это известно? Ученые сравнили между собой варианты гена MC1R неандертальского происхождения, обнаруженные у разных людей, и вычислили, что последний общий предок этих последовательностей жил 147 000 лет назад. Это гораздо древнее выхода сапиенсов из Африки[86]. Такое могло получиться только в случае, если мы сравниваем варианты, полученные как минимум от двух разных неандертальцев. Вероятность, что одна и та же мутация произошла после этого дважды у разных сапиенсов, крайне мала. Остается первая версия: источник мутации – какие‑то ненайденные неандертальцы с Val92Met.

Авторы пошли дальше и покопались в файле с записями всех прочтений генома алтайского неандертальца. Напомню, что при расшифровке генома каждая буква ДНК прочитывается неоднократно, и чем больше раз, тем надежнее результат. В файле хранится 41 версия снипа rs2228479 алтайского неандертальца, и среди этих прочтений обнаружилась одна (!) замена Val92Met. При окончательной сборке генома этот вариант отбросили как вероятную ошибку. А вдруг неандерталка была гетерозиготна, но по каким‑то причинам нарушился баланс: один аллель прочитался 40 раз, а второй, искомый, – только единожды?

Чтобы чуть испортить стройную картину, надо сказать, что в исследовании нашелся‑таки один японец с «не‑неандертальским» MC1R, содержащим замену Val92Met. Авторы пытаются придумать этому объяснение: повторная мутация? Хитрая перетасовка участков ДНК, из‑за чего потерялись все неандертальские снипы рядом с rs2228479? Загадка. Будем ждать, когда найдут неандертальца с Val92Met. До той поры все вышеописанное будет оставаться остроумной и красивой гипотезой.

Позже генетики нашли ряд предположительно неандертальских участков ДНК, включавших другие гены пигментации современных людей, в том числе даже OCA2 (напомню, что c мутациями в этом гене связывают посветление кожи в Азии и голубоглазость европейцев)^{12}.

Все же в перечисленных исследованиях ученым порой приходилось спекулировать: о влиянии того или иного генетического варианта, допустим, на цвет кожи судили по тому, что он находится рядом с каким‑нибудь известным геном. Хотелось бы практических подтверждений, но не так велико число людей, для которых известен и генотип, и фенотип (т. е. и ДНК, и биологические характеристики их организма). А как без этого оценить работу генов?

Исследователи обратились к крупной медицинской базе данных, содержащей медкарты и генотипы 28 000 человек. Удалось показать, что ряд неандертальских аллелей положительно либо отрицательно влияет на риск некоторых заболеваний кожи, связан с проблемами свертываемости крови и даже с развитием депрессии.

Генетики из Института физической антропологии им. Макса Планка взялись за еще более обширную базу данных – Биобанк Великобритании. В этом электронном каталоге собрана информация о геномах, а также о «базовых фенотипах», т. е. определенных характеристиках более 500 000 человек – их внешности, рационе, поведении и болезнях. Специалисты постарались оценить связь неандертальских аллелей с фенотипами 112 000 человек из Биобанка. Сопоставив геномы из этой выборки с эталонным геномом алтайского неандертальца, исследователи выявили снипы неандертальского происхождения и с помощью статистических методов стали искать связи между ними и различными биологическими характеристиками. Таких существенных связей нашли 15 штук – в том числе аллели, связанные с большей длиной тела, уменьшением количества жира в ногах; аллели, влияющие на частоту сердцебиения. Замечательно, что более половины найденных связей касаются человеческой кожи и волос. Теперь, сопоставляя генотип и фенотип, ученые могли выяснить влияние генов напрямую.

Результаты оказались неожиданными. Во‑первых, идея, что рыжеволосость досталась европейцам от неандертальцев, стала выглядеть совсем сомнительно. Одна из сильнейших ассоциаций, найденных в исследовании, – обратная корреляция между неандертальским вариантом, расположенным недалеко от MC1R, и рыжими волосами. Попросту говоря, у рыжих из Биобанка этот неандертальский аллель встречается гораздо реже, чем у остальных.

 

По результатам анализа Биобанка Великобритании^{13}

 

Снова в поле зрения попал ген BNC2 – мы с ним познакомились на предыдущей странице, где речь шла о насыщенности цвета кожи европейцев. В нем нашлось сразу два распространенных в Британии неандертальских варианта. Первый связан с возрастающей частотой солнечных ожогов у детей и слабым загаром (частота 66 %). А второй (19 %) – внезапно показал связь с более темной кожей. Анализ выявил еще несколько неандертальских вариантов, влияющих на цвет кожи и волос и так же, как в предыдущем случае, дающих противоположные эффекты: у светловолосых индивидов повышенная частота одного неандертальского аллеля, у брюнетов – другого; еще два неандертальских варианта на 6‑й хромосоме коррелируют со светлой кожей. Такой разброс эффектов, которые оказывают разные неандертальские варианты генов на человеческий организм, вынудил ученых сделать вывод: точно определить, какого цвета были кожа и волосы у неандертальцев, пока что затруднительно (тем более что у древних людей те же аллели могли работать не так, как у современного сапиенса). Вероятно, неандертальцы были разными, как мы.

От цвета кожи и волос – к человеческим хронотипам, т. е. характерам суточной активности. Два неандертальских варианта показали связь с типом «сов», т. е. людей, наиболее активных вечером и склонных дремать днем (в других исследованиях было показано, что на хронотипы людей влияют гены ASB1 и EXOC6). А еще обнаружилось, что частота неандертальских аллелей ASB1 возрастает с географической широтой.

Почему я упомянул хронотипы? Дело в том, что эти признаки, как и цвет кожи, так или иначе связаны с длительностью светового дня, а та – с расстоянием от экватора. Загар, режим сна и бодрствования, даже настроение зависят от того, сколько солнечного света мы получаем. Неандертальцы, жившие в Евразии сотни тысяч лет, обязаны были приспособиться к местной ненастной погоде лучше, чем мигранты‑кроманьонцы, с которыми и поделились своей выносливостью и здоровой бледностью, пишут исследователи.

Заманчиво думать, что неандертальцы заметно повлияли на нашу кожу, волосы и даже склонность дрыхнуть до полудня. Вот ведь сколько их аллелей нашлось. Однако если признак определяется множеством генов, то вклад каждого из них может быть невелик. Авторы поэтому решили проверить, какие аллели сильнее влияют на конкретные признаки человека – неандертальские или родные, сапиентные? Для большинства признаков, включая цвет кожи и волос, получилось 50 на 50: неандертальский вклад примерно равен влиянию наследия наших африканских предков^{14}.

Честно говоря, пару лет назад после прочтения этой и других статей у меня наступил своего рода «отходняк». Только что я запоем читал книгу Сванте Пэабо «Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов» об успехах на ниве палеогенетики. И вот начавший обретать плоть образ неандертальца – рыжеволосого, светлокожего – вновь потускнел. Эх, подумал я тогда. Кости все‑таки остаются более твердой – во всех отношениях – основой для реконструкций. Ну а если костей практически нет?

Не сошелся свет клином на неандертальце. С 2010 года на антропологической арене появился новый ископаемый евразиец – денисовский человек. Описанный по ДНК из крошечной фаланги мизинца, денисовец долгое время оставался существом‑«призраком»: ДНК есть, а как выглядел – непонятно. Конечно, к фаланге вскоре добавились три крупных зуба, маленький фрагмент черепа – но полный пазл из этого скудного набора не сложишь. Зато, имея в наличии качественно прочтенный геном, можно сразу кое‑что сказать о денисовской «масти». С фалангой из Денисовой пещеры палеогенетикам очень повезло. Обычно в подобных находках доля сохранившейся древней ДНК по отношению к современным загрязнениям не превышает 1–5 %. В фаланге же родной ДНК оказалось 70 %! Однако не все так радужно, потому что сам фрагмент кости очень маленький. Тем не менее к 2012 году специалистам удалось получить покрытие 30Х – т. е. каждый нуклеотид денисовского генома был прочтен не менее 30 раз. Это позволило определить размер денисовской популяции (небольшой), примерно датировать находку: вероятно, денисовская девочка жила 74 000–82 000 лет назад. И наконец, оценить денисовские цвета. Исследователи прошлись по списку снипов, связанных с пигментацией кожи, волос и глаз: какие генетические буквы у денисовца в этих позициях?

 

Расклад таков.

В пользу светлой кожи – 2 снипа, в пользу темной – 13. Итог: темная кожа.

За каштановые волосы 11 снипов, за некаштановые – 1. Итог: каштановые волосы.

За карие глаза – 21 снип, за некарие – 8. Итог: карие глаза.

Темнокожая, кареглазая, темноволосая. Без веснушек^{15}.

Так из тьмы неизвестности выступил смуглый обитатель восточной части Евразии, до последнего момента известный только благодаря находкам из Денисовой пещеры.

 

 

Лишь совсем недавно, весной 2019 года, набор денисовских останков пополнился половинкой нижней челюсти, найденной в тибетской пещере Байшия на высоте 3280 м над уровнем моря! Кстати, эта находка знаменательная по двум причинам.

Во‑первых, еще несколько лет назад у тибетцев обнаружили денисовский аллель гена EPAS1 [87], что, по мнению специалистов, являлось частью адаптации к жизни в высокогорье, в условиях недостатка кислорода. Денисову пещеру высокогорной не назовешь, а от Алтая до Тибета под 3000 км. После находки в Байшие картина стала более логичной: возможно, денисовцев правильнее называть тибетцами, и в Алтай они пришли, спустившись с южных гор?

Во‑вторых, открытие стало возможно благодаря новым технологиям, ведь челюсть нашел еще в 1980 году тибетский монах, и мало кто тогда обратил на нее внимание. Теперь, спустя 30 лет ее вытащили на свет божий и датировали уран‑ториевым методом. Внезапно возраст оказался крайне древним – не менее 160 000 лет. Специалисты попытались выделить из находки ДНК, но безуспешно. Зато плодотворным оказался протеомный[88] анализ, исследование аминокислотного состава следов белков – коллагенов, сохранившихся в дентине челюсти. Их можно сравнивать с коллагеном современных и древних гоминин (от древних у нас нет белка, но есть ДНК, дающая информацию об аминокислотном составе). И вот – сенсация! – протеом челюсти оказался очень похожим на денисовский^{16}. Увы, цвет кожи по протеому определить невозможно.