ДНК. История генетической революции

Больше всего Крингс и Паабо волновались по поводу загрязнения образцов. Ранее уже делалось несколько ошибочных сообщений об удачном секвенировании древней ДНК, которые впоследствии не подтвердились: оказалось, это была ДНК из современных источников, случайно попавшая в образец. Ежедневно у каждого из нас отслаивается множество мертвых клеток поверхностного плоского эпителия, мы буквально сорим нашей ДНК вокруг, и она может оказаться где угодно. Полимеразная цепная реакция (ПЦР), при помощи которой Крингс рассчитывал амплифицировать участок мтДНК (который надеялся обнаружить), настолько чувствительна, что для ее срабатывания достаточно единственной нашей молекулы. Наличие минимального фрагмента ДНК приведет к амплификации любой из молекул в реакции, независимо от того, древняя она или свеженькая. Что если неандертальская ДНК слишком деградировала, но ПЦР сработает за счет невидимой частицы ДНК самого Крингса? В таком случае ему пришлось бы придумать объяснение, почему последовательность митохондриальной ДНК у него и у неандертальца полностью совпадает, но вряд ли такой результат понравился бы его шефу, а еще меньше это впечатлило бы именитых родителей Крингса. Чтобы исключить такой вариант, Крингс и Паабо решили выполнить репликацию в специальной лаборатории – нужная лаборатория нашлась у Марка Стоункинга в Университете штата Пенсильвания. Контаминация, конечно, могла случиться и там, но это была бы не ДНК Крингса, ведь Крингс находился на другом континенте. А если бы результаты анализа образца в обеих лабораториях совпали, то было бы логично предположить, что ученые нашли подлинную неандертальскую последовательность.

«Не могу описать, насколько это было захватывающе, – рассказывает Крингс о том, как впервые взглянул на результат секвенирования ДНК, – у меня мурашки по спине побежали». Хотя, как и опасались ученые, некоторые последовательности действительно оказались контаминированы, в остальном они были поистине удивительны: там обнаружилась удивительная совокупность сходств и различий с генетической последовательностью современного человека. Собирая мелкие фрагменты, ученые сумели реконструировать участок митохондриальной неандертальской ДНК длиной 379 пар оснований. «Тогда мы и откупорили шампанское», – вспоминал Крингс.

Неандертальская последовательность мтДНК оказалась ближе к человеческим последовательностям, чем к аналогичным последовательностям шимпанзе, и это означало, что неандерталец, бесспорно, представитель человеческой эволюционной линии. В то же время обнаружились принципиальные различия между неандертальскими последовательностями и теми 986 образцами мтДНК современного человека, с которыми Крингс сравнивал свой образец. Причем даже те 986 образцов, что наиболее походили на неандертальский, отличались от него не менее чем на 20 пар оснований (то есть на 5 %). Впоследствии была секвенирована митохондриальная ДНК еще двух неандертальцев, одного из которых нашли на юго-западе России, другого в Хорватии. Как и ожидалось, эти последовательности не совпали с исходной. Это было логично, поскольку совершенно очевидно, что особи-неандертальцы обладали изменчивостью, как и современные люди, при этом они были похожи.

Обобщив все эти факты, Паабо и другие эксперты заключили, что, хотя место неандертальцев на одном эволюционном древе с человеком и его родичами, неандертальская ветвь довольно далека от ветви современного человека. Такие результаты анализа митохондриальной ДНК позволяли предположить, что, хотя два вида и вступили в контакт в Европе около 40 тысяч лет тому назад, современные люди, скорее, истребили неандертальцев, чем гибридизировались с ними. Это был смелый вывод, особенно с учетом того, на каком мизерном объеме драгоценной ДНК его пришлось сделать. Но Паабо был полон решимости продолжить свою работу и полностью отсеквенировать геном наших родичей-неандертальцев.

В течение следующего десятилетия Паабо, теперь трудившийся в Институте эволюционной антропологии в Лейпциге, разработал новые методы анализа неандертальской ДНК. Он оборудовал чистые лабораторные залы, каким позавидовали бы изготовители микропроцессоров, взял на вооружение новейшие технологии секвенирования. После длительных поисков Паабо выбрал фрагмент неандертальской кости, найденной в хорватской пещере Виндия в 1980 году; методом радиоуглеродной датировки возрасткости оценивался примерно в 40 тысяч лет. («Волшебная косточка», как назвал ее Паабо, длиной около пяти сантиметров сохранилась исключительно хорошо, но, совершенно заброшенная, пылилась в хорватском музее.) Опубликовав в 2006 году предварительный анализ скрупулезно изученной последовательности ДНК длиной около миллиона оснований, Паабо продолжил работу. В 2010 году его группа опубликовала в журнале Science анализ двух миллионов оснований – примерно 55 % неандертальского генома.