Впрыскивание адаптивной тоски

Несколько лет назад генетики выпросили у медиков из 10 штатов США доступ к электронным картам пациентов, у которых заранее секвенировали ДНК. Каждый раз, когда такому пациенту врач ставит диагноз «близорукость» или «грыжа», «ожирение» или «депрессия», — у генетиков растет статистика, позволяющая что-нибудь прояснить про наследственную природу болезни. Это проект Национального института здоровья США, он называется eMERGE и продолжается девятый год подряд.

Когда база данных стала достаточно объемной, команда биоинформатика Джона Энтони Капры из Университета Вандербильта (штат Теннесси, США) решила, что слово «наследственность» можно иногда трактовать шире, чем обычно. И стала выяснять, как связаны болезни современных людей с той порцией ДНК, которая досталась людям от неандертальцев.

У европейцев от 1,5 до 4 процентов такой ДНК, а у коренных африканцев ее нет вовсе, потому что встреча Homo sapiens c неандертальцами случилась уже после «исхода из Африки» между 125 и 60 тысячами лет назад. Неандертальцы и сами из Африки родом, просто они обосновались в Евразии (на пространстве от Ближнего Востока до юга Сибири) в результате более ранней волны миграции — как минимум 250 тысяч лет назад, о точных цифрах спорят.

От 1,5 до 4 процентов неандертальской ДНК у каждого европейца означают, что у вас был прямой прапрапрадед-неандерталец.

25 тысяч лет назад они вымерли, проиграв конкуренцию с сапиенсами. Проиграли, кажется, не потому, что были примитивнее: это мы привыкли к уничижительному употреблению слова «неандерталец» — а зря, потому что их мозг был даже несколько больше нашего и они, похоже, много чего умели. Самые старые наскальные изображения — возрастом в 40 тысяч лет — принадлежат именно им; они делали украшения из перьев и раскрашивали себе тела. Сапиенсы того же времени ни в чем похожем не замечены.

От 1,5 до 4 процентов неандертальской ДНК означают, что у вас был прямой прапрапрадед-неандерталец. При этом в мире нет никакой группы людей, которая происходила бы от неандертальцев и только от них. В этом смысле их нельзя назвать «предками человечества» — биологи говорят про интрогрессию, повторяющееся на протяжении тысячелетий скрещивание двух видов. Активнее всего, как показывает анализ ДНК, это скрещивание шло между 50 и 60 тысячами лет назад.

В новом исследовании Джона Капры и коллег, которое напечатал журнал Nature, из многих десятков тысяч медкарт генотипированных пациентов отобрали 28 416, принадлежащих взрослым американцам с европейскими корнями, — и стали сравнивать их геномы с неандертальским.

Когда говорят про «геном неандертальца», имеют в виду геномы пяти конкретных индивидов. Самый полный геном принадлежит девушке-неандерталке с Алтая, которая умерла 50 тысяч лет назад: из единственной ее уцелевшей кости, фаланги пальца ноги, добыли хорошо сохранившуюся ДНК и расшифровали ее в 2013-м. Второй — младенцу из пещеры Мезмайская (это Краснодарский край, Россия), его костям 60—70 тысяч лет. Еще секвенирована ДНК сразу трех неандертальцев из хорватской пещеры Виндия; эти кости — самые молодые, 30-тысячелетней давности.

Только для нас все они — неандертальцы, члены одной группы. А на самом деле речь о людях, которые жили и умерли на разных концах континента с интервалом в десятки тысяч лет. Если какие-то цепочки букв в геноме у них общие — это никакая не случайность, а особенности неандертальцев как вида.

Из особенностей ДНК проще всего поддаются подсчету SNP — точечные мутации, когда на каком-нибудь отрезке ДНК изменена одна буква генетического кода. Капра с коллегами нашли у своих пациентов 135 тысяч таких неандертальских SNP (то есть мутаций, которые встречаются у всех неандертальцев поголовно, а среди людей — только у некоторых).

Мутации рассеяны по ДНК совсем не так, как случайные опечатки по тексту. Если мутация выводит из строя какой-нибудь полезный ген — ее носители хуже приспособлены к жизни, и SNP под давлением естественного отбора вымывается из популяции. Известно, например, что в X-хромосоме человека (одной из двух, которые определяют пол ребенка) неандертальских SNP впятеро меньше обычного — видимо, закодированные «вымытыми» мутациями признаки были хороши для неандертальца, но плохи для Homo sapiens.

Неандертальцы ушли из тропиков и субтропиков на сотни тысяч лет раньше, чем Homo sapiens, — и поэтому имели больше времени приспособиться к микробам, климату и пище высоких широт.

Сломать хорошо работающий механизм, если вставить в него чужие запчасти, несложно. Удивительно, что он может начать работать лучше. В геноме есть и места с повышенной плотностью неандертальской ДНК. В этом случае биологи говорят про «адаптивную интрогрессию» — привнесенные отбором признаки, которые оказались полезными.

Неандертальцы ушли из тропиков и субтропиков на сотни тысяч лет раньше, чем Homo sapiens, — и поэтому имели больше времени приспособиться к микробам, климату и пище высоких широт. Уже известно, что от неандертальцев европейцам достались особенности метаболизма сахара и устройства структурных белков кожи (неандертальцы были светлокожими, в условиях неяркого северного солнца это выгоднее).

С медицинскими картами десятков тысяч пациентов в руках стало возможно заметить намного более тонкие эффекты — правда, только негативные, потому что положительные качества у людей никто не диагностирует и специального их реестра не ведет. Неандертальские SNP повышают риск инфаркта миокарда, курения табака и — сильнее всего — депрессии.

Что здесь такого выгодного, что естественный отбор закрепил эти признаки? На случай депрессии у авторов есть объяснение. Известно, что ее частота прямо зависит от количества солнечного света, которое человек получает, — поэтому на севере, скажем, больше самоубийств, чем на юге. А SNP, проассоциированные с депрессией, встречаются в области генов, ответственных за циркадные ритмы, помогающие организму приспосабливаться к ритму смены дня и ночи — то есть имеющие прямое отношение к дозам солнечного света, который организм получает.

На севере продолжительность светового дня сильно варьируется, а у экватора — практически нет. Механизм, завязанный на циркадные ритмы, может просчитывать этот эффект — и перераспределять ресурсы организма так, чтобы пик эффективности приходился на шесть светлых часов зимнего дня. Обратная сторона того же механизма — что оставшиеся 18 часов темноты ресурсы будут в дефиците.

Как именно это происходит, биологи не знают — потому что увидеть корреляцию между геном и работой мозга намного проще, чем описать на уровне механизма, как это работает и какие молекулы задействованы. Депрессия — слишком сложное когнитивное расстройство, и это лишний аргумент в пользу того, что неандертальцы, которые ее нам передали, были не такими уж примитивными существами, раз тоже от нее страдали.