Усі ми трішки неандертальці. За що цього року дали Нобелівську премію з фізіології або медицини

У 2010-му ми дізналися, що десятки тисяч років тому поруч із нами жили денисівці — представники іншого виду людей, про існування якого до того часу ніхто навіть не здогадувався. Приблизно тоді ж з'ясувалося, що наші далекі предки (такі ж самі люди, як ми) схрещувалися з неандертальцями — іншим видом людей, які вимерли приблизно 30 тисяч років тому. Саме тому все сучасне населення Землі, за винятком мешканців Африки, має у своєму геномі кілька відсотків неандертальських генів. 

Ці відкриття стали можливими завдяки роботам шведського дослідника Сванте Пеебу, який цього року став лауреатом Нобелівської премії з фізіології та медицини. 

Справжні європейці

Сьогодні на планеті живе один вид людей — Homo sapiens, або людина розумна. Ми часто сприймаємо це як належне. Але так було не завжди. Ще приблизно 30 тисяч років тому в Європі одночасно з нами жив інший вид людей — неандертальці.

Про їхнє існування ми вперше дізналися в 1856 році, коли в долині Неандерталь у Німеччині були знайдені рештки одного з таких людей. Потім інші рештки таких людей неодноразово знаходили в різних місцях Європи та Азії, зокрема в Україні.

Завдяки цьому ми знаємо, що їхня анатомія дещо відрізнялася від нашої. Наприклад, вони були більш кремезними, мали ширшу грудну клітку бочкоподібної форми та ширші тази. Багато інших особливостей дозволяють фахівцю навіть за фрагментами скелета встановити, що він належав саме неандертальцю, а не давньому представнику іншого виду — наприклад, Homo sapiens.

Про спосіб життя цих людей і навіть дещо про їхній світогляд археологи багато дізнаються завдяки матеріальним решткам, як-от кам'яні знаряддя праці, зброя та кістки тварин, на яких вони полювали.

Ми точно знаємо, що неандертальці — це корінне населення Європи. Їхні предки прийшли сюди з Африки і тут еволюціонували в неандертальців кількасот тисяч років тому.

Зустріч двох видів людства

Приблизно 300 тисяч років тому, коли ці люди вже панували у Європі, в Африці внаслідок еволюції виникли анатомічно сучасні люди. Цим обережним терміном науковці позначають людей, які за будовою скелета не відрізнялися від нас із вами. Орієнтовно 70 тисяч років тому частина з них залишила Африку і через Близький Схід потрапила до Європи, де зустріла тутешнє корінне населення — неандертальців.

Неандертальці як вид зникнуть із лиця Землі приблизно 30 тисяч років тому, хоча, можливо, окремі невеликі групи протримаються трішки довше. Це означає, що упродовж кількох десятків тисяч років два види людей — неандертальці та Homo sapiens — жили пліч-о-пліч. Природно виникає питання: чи взаємодіяли вони, і якщо так, то як складалися їхні стосунки?

Цьогорічний Нобелівський лауреат завдяки дослідженню генів сучасних людей та їхніх зниклих родичів зміг зовсім по-новому поглянути на це питання і зробити відкриття, які, без перебільшення, змінюють наш погляд на самих себе і власну історію.

Прочитати геном за 10 років 

Немає жодних сумнівів у тому, що будова тіла неандертальців та їхня матеріальна культура були не такими, як у наших прямих предків, які жили поруч із ними. Але чи відрізнялися їхні гени — і наскільки сильно, якщо так?

Щоб відповісти на це питання, потрібно знати дві речі — геном сучасної людини та геном неандертальців, останні з яких жили кількадесят тисяч років тому. Знайти відповідь на перше питання, здається, порівняно нескладно: потрібно взяти зразок ДНК когось із сучасних людей і за допомогою відомих методів «прочитати», тобто встановити послідовність чотирьох «літер», якими записані всі інструкції про те, як влаштований і побудований наш організм. Але розв’язання цієї задачі наприкінці XX століття потребувало організації одного з найбільших наукових проєктів сучасності — Human Genome Project — і понад 10 років досліджень. Зрештою, ця задача була розв’язана.

Проте аналогічне завдання із розшифровки геному викопної людини здавалося вченим незрівнянно складнішим, якщо взагалі вирішуваним. Для цього було щонайменше кілька серйозних причин.

Викопна ДНК: зруйнована і забруднена

По-перше, з часом молекула ДНК руйнується. Вона складається із чотирьох різних хімічних «цеглинок», або «літер», які у певній послідовності з'єднані в довжелезні ланцюги. В одній молекулі можуть бути тисячі або й мільйони таких «літер». Після смерті організму великі ланцюги згодом розпадаються на дедалі менші, і дуже складно зрозуміти, в якому порядку вони були поєднані. Це ніби текст, написаний літерами на папері, нарізали на шматочки по кілька слів у кожному, і тепер потрібно його відновити.

Ще одна велика проблема — забруднення чужорідною ДНК. Це означає, що у певному фрагменті людської кістки, який тисячі років пролежав у землі, є не лише уламки власної ДНК, але й ДНК бактерій, які там живуть або жили. Крім того, там може бути ДНК інших людей — наприклад дослідників, які викопали цю кістку чи працювали з нею в лабораторії або музеї впродовж багатьох десятків років. Дослідник, який хоче «прочитати» ДНК викопних людей, мусить винайти спеціальні методи, щоб «очистити» суміш і «зібрати» потрібні фрагменти докупи.

Що там у «клітинних електростанціях»?

У 90-х роках минулого століття Сванте Пеебу поставив задачу «прочитати» так звану мітохондріальну ДНК неандертальця. Це невелика частина генетичного матеріалу людини чи іншого ссавця, що, на відміну від основної ДНК, міститься не в ядрі клітини, а в мітохондріях. Це такі «органи» клітини, які часто називають «клітинними електростанціями» через їхні функції. Для нас важливо те, що в кожній окремій клітині є сотні чи тисячі мітохондрій з однаковою ДНК і лише дві копії ядерної, або головної ДНК — батьківська та материнська. Що більше копій, то більше шансів, що якісь із них краще збереглися. Тому легше «прочитати» саме мітохондріальну ДНК з викопних кісток.

Де ми попрощалися з неандертальцями 

Для свого дослідження Сванте Пеебу зміг дістати невеликий фрагмент кістки саме того «першого» неандертальця, якого знайшли у Німеччині в середині XIX століття і який жив приблизно 40 тисяч років тому. Послідовність його мітохондріальної ДНК, яку вдалося прочитати, дослідник порівняв з аналогічною ДНК сучасних людей із різних куточків світу.

Перший висновок полягав у тому, що в сучасних людей і неандертальців ця ДНК різна. Це означає, що шляхи наших із ними предків розділилися й дали початок двом видам, які надалі розвивалися незалежно. За цей час у їхніх мітохондріальних генах накопичилися зміни, про які дізнався Сванте Пеебу. Оскільки науковцям відома швидкість, із якою такі зміни накопичуються, то можна розрахувати, коли саме жив останній спільний предок неандертальців та сучасних людей. За розрахунками Пеебу, це було приблизно від 550 до 690 тисяч років тому.

Після цього успіху дослідник узявся за розшифровку ядерного геному неандертальців. Ця задача набагато складніша від попередньої з технічного погляду, але відповідь на неї дає незрівнянно більше інформації про цих людей. Адже саме в ядерній ДНК міститься левова частка усієї генетичної інформації організму.

На пам'ять від тих, хто зник

У 2010 році Пеебо разом із колегами оприлюднив перший розшифрований ядерний геном неандертальця — зробив те, що ще недавно багатьом здавалося майже неможливим. Тепер розрахунки показали, що наші еволюційні шляхи з неандертальцями розійшлися приблизно 800 тисяч років тому.

Але справжньою сенсацією стали результати порівняння геному неандертальців із геномами сучасних людей з різних частин світу. Виявилося, що неандертальці генетично значно ближчі до сучасних мешканців Європи та Азії, ніж до африканського населення.

Найпростіше пояснення цього дивного факту полягає в тому, що далекі предки тих, хто сьогодні населяє Євразійський континент, схрещувалися з неандертальцями. Тому в наших геномах є один або декілька відсотків генів неандертальців. Натомість в Африці такого схрещування не відбувалося, бо там неандертальців просто не було.

Отже, твердження про те, що неандертальці вимерли, є не зовсім коректним. Ми і є неандертальцями, щоправда, лише на один відсоток або трішки більше.

Важко уявити, щоб Пеебу міг зробити інше відкриття, яке могло б якщо не перевершити, то зрівнятися з цим. Але він зробив.

Денисівці, яких не чекали 

Денисова печера, розташована в Алтайському краї російської федерації, була давно відома археологам завдяки тому, що давні люди упродовж десятків тисяч років залишили в ній багато матеріальних слідів. У 2008-му там знайшли зовсім невеликий фрагмент кістки людського пальця, і Пеебу вирішив дослідити його ДНК.

Результати, опубліковані 2010 року, знову стали справжньою сенсацією. Виявилося, що ДНК відрізнялася від неандертальської, а ще більше — від ДНК сучасної людини. Отже, кістка належала людині вимерлого виду, про існування якого вчені досі навіть не підозрювали. Цих людей назвали денисівцями. Вони також мешкали пліч-о-пліч із неандертальцями та сучасними людьми і також схрещувалися з ними.

На доказ цього пізніше дослідники знайшли в Денисовій печері кістку людини, батько якої був денисівцем, а мати — неандерталкою. А в генах сучасного населення багатьох тихоокеанських островів та деяких інших регіонів світу виявлено до 6% генів денисівців. Отже, вони є наслідком далеких зв'язків їхніх предків із вимерлим видом людей.

Генетичний «телескоп Джеймс Вебб»

Учені досліджували наші гени задовго до того, як ми дізналися, якими були гени наших вимерлих родичів. Адже такі дослідження, безперечно, дуже важливі як із погляду фундаментальної науки, так і для прикладної науки. Вони дозволяють зрозуміти природу багатьох захворювань, створити методи їхньої діагностики та лікування.

Завдяки дослідженням Пеебу, його колег і послідовників тепер ми точно знаємо, що деякі з наших генів ми отримали у спадок від неандертальців чи денисівців, і вони грають важливу роль у нашому організмі. Наприклад, деякі неандертальські гени в нас відповідають за імунну реакцію на різні інфекції. А один із денисівських генів допомагає мешканцям Тибету краще адаптуватися до умов високогір'я. Але це знання навряд чи щось змінює у прикладному плані — важливо, чи є в нас конкретні варіанти генів і як саме вони працюють, а не їхнє походження.

Натомість підходи до дослідження давніх геномів, які винайшов Сванте Пеебу, відкривають можливості для дослідження далекого минулого людства, про які лише кількадесят років тому ми ледве могли мріяти. І вони вже змінили наші уявлення про нас самих та нашу далеку історію.

Торік Нобелівську премію з фізіології та медицини присудили двом американським вченим — Девіду Джуліусу та Ардему Патапутяну. Завдяки їхнім дослідженням людство дізналося, як ми відрізняємо тепле від холодного і здатні відчувати дотик. Вважається, що результати їхніх досліджень можуть привести до створення ліків проти різних хвороб, зокрема і від хронічного болю.