Неандертальцы

Итак, ДНК. Эту аббревиатуру генетики придумали, чтобы не мучиться по сто раз на дню, выговаривая или набирая на клавиатуре компьютера слова «дезоксирибонуклеиновая кислота». Молекулы, или, точнее, макромолекулы ДНК — место хранения генетической информации, определяющей индивидуальные особенности и характер развития каждого организма и передаваемой от поколения к поколению. Каждая такая макромолекула — это цепочка, образованная двумя тяжами (нитями), спирально закрученными один относительно другого, а каждый тяж представляет собой последовательность тысяч и миллионов нуклеотидов. Эти нуклеотиды были бы похожи между собой, как близнецы, если бы не так называемые азотистые основания, входящие в их состав наряду с молекулой сахара (дезоксирибоза) и фосфата (фосфорная кислота) и представленные четырьмя разными типами. Два типа — гуанин и аденин — называются пуриновыми основаниями, а ещё два — тимин и цитозин — пиримидиновыми.

Рис. 3.14. Структура двойной спирали ДНК: Ф — фосфат, С — сахар, А — аденин, Т — тимин, Г — гуанин, Ц — цитозин

Молекулы сахара и фосфата образуют остов тяжей (нитей) ДНК, а основания находятся между тяжами и посредством слабых водородных связей соединяют между собой противолежащие нуклеотиды (рис. 3.14). При этом аденин может соединяться только с тимином, а гуанин только с цитозином. Последовательность этих парных оснований — шифр, в котором закодированы свойства белковых молекул и, в конечном счёте, свойства всего живого. Гены, т. е. сегменты ДНК, отвечающие за синтез разных белков, могут иметь длину от нескольких десятков до нескольких миллионов парных оснований.

Иногда вследствие слабости водородных связей при репликации ДНК происходят мутации, т. е. «перестановки» оснований, или, иными словами, изменения в порядке последовательности нуклеотидов. В большинстве своём такие мутации нейтральны по отношению к естественному отбору. Они не выбраковываются и не подхватываются им, поскольку не отражаются на приспособленности организмов, и благодаря этому обстоятельству скорость их накопления на молекулярном уровне в целом постоянна. Следовательно, если для истории изучаемой группы организмов имеются более или менее чёткие и надёжно датированные палеонтологические реперы (точки отсчёта), то эту скорость можно рассчитать. Например, для гоминид, а иногда и для всех обезьян вообще в качестве основы расчётов используется генетическое расстояние (т. е. количество различий в последовательности нуклеотидов в ДНК) между современными людьми и шимпанзе, эволюционные пути которых, судя по ископаемым находкам, разошлись около 6 млн. лет назад.

Зная скорость накопления мутаций и генетическое расстояние между разными особями или таксонами (т. е. видами, родами и т. д.), можно не только судить о близости их родства, но и рассчитывать время дивергенции, расхождения от общего предка, применяя для этого упоминавшийся уже выше метод молекулярных часов. Обычно для таких расчётов используют ДНК из митохондрий клеток (мтДНК), которая, в отличие от ДНК, содержащейся в ядрах, представлена в каждой клетке сотнями и тысячами идентичных копий, наследуется только по женской линии и к тому же характеризуется более высокими темпами накопления мутаций.

На основании изучения митохондриальной ДНК (мтДНК) были получены и первые сведения о генетике неандертальцев. Сначала, в 1997 г., удалось выделить пригодный для анализа фрагмент мтДНК из одной из костей, найденных в 1856 г. в гроте Фельдгофер, и сравнить его с аналогичным участком ДНК современного человека. Следующими «поставщиками» ископаемого генетического материала стали кости из пещер Виндия (Хорватия) и Мезмайская (Северный Кавказ, Россия). К настоящему времени генетические данные имеются уже примерно по 15 неандертальцам, жившим или погребённым в разное время в пещерах Испании (Эль Сидрон), Франции (Ля Шапелль-о-Сен, Ле Роше де Вилленёв), Бельгии (Анжи, Складина), Италии (Монте Лессини), Узбекистана (Тешик-Таш) и Южной Сибири (пещера Окладникова).

В последние годы палеогенетики всё больше внимания стали уделять изучению ядерной ДНК. Это и не удивительно, поскольку именно в ней сосредоточена львиная доля генетической информации[75]. В 2006 г. группа исследователей из Института эволюционной антропологии им. Макса Планка в Лейпциге объявила о предстоящей в скором времени полной расшифровке неандертальского ядерного генома, и хотя названный тогда срок выполнения проекта — два года — оказался, как вскоре выяснилось, чересчур оптимистичным, недавно эта работа всё же была завершена, и завершена вполне успешно. К началу 2009 г., по оценке одного из её инициаторов и руководителей С. Пээбо, было «раскодировано» около 60 % ядерной ДНК неандертальцев (а точнее, двух неандерталок) из Виндии, а в мае 2010 г. в журнале «Сайенс» были опубликованы результаты анализа полного неандертальского генома, собранного «по кусочкам» из ядерной ДНК трёх индивидов[76].