Десять тысяч лет назад эволюция человека ускорилась

Фото из открытых источников

После того как современные люди появились в Европе около 50 000 лет назад, они на протяжении десятков поколений занимались охотой и собирательством в небольших группах. Затем, 10 000 лет назад, люди в Европе начали заниматься земледелием и оседлым образом жизни. Примерно 5000 лет спустя скотоводы из степей Евразии хлынули в Европу с колесами, металлическими орудиями и оружием, положив конец каменному веку и положив начало бронзовому. Культурные и технологические изменения продолжали ускоряться: от возникновения первых городов до распространения империй и до нашей современной эпохи поездов, самолетов, мобильных телефонов и искусственного интеллекта.

Согласно исследованию почти 16 000 древних геномов человека, опубликованному в журнале Nature, все эти социальные потрясения могли также значительно ускорить нашу биологическую эволюцию. Исследователи использовали экспоненциальный рост количества образцов древней ДНК для измерения генетических изменений человека за 18 000 лет и обнаружили сотни генетических сдвигов в популяции Европы за относительно короткий период времени. «Это мощный новый подход к обнаружению естественного отбора по древней ДНК», — говорит Иэн Матисон, эволюционный генетик из Университета Пенсильвании. Например, анализ выявил новые признаки того, что естественный отбор способствовал распространению таких признаков, как устойчивость к туберкулезу и меньшее количество жира в организме, среди западных евразийцев в этот период.

Чтобы найти доказательства эволюции человека, исследователи сравнили ДНК древних людей, живших в Европе и на Ближнем Востоке — где палеогенетики сосредоточили свои исследования — друг с другом и с ДНК современных людей. За последние 10 000 лет сотни отдельных вариантов генов стали заметно более или менее распространенными, что является признаком действия естественного отбора. «За последние 10 000 лет геном находится под огромным давлением отбора, — говорит генетик из Гарвардского университета Али Акбари, соавтор исследования. — Все изменилось в нашем образе жизни, и это отражается на нашем геноме и на том, как он пытается адаптироваться».

Предыдущие исследования эволюции человека, основанные в основном на анализе ДНК современных людей, пришли к выводу, что наши геномы были относительно стабильны на протяжении последних десятков тысяч лет. Это объясняется тем, что современные популяции, такие как западноевропейцы, африканцы и жители Восточной Азии, демонстрируют значительное генетическое сходство, что позволяет предположить, что с момента расхождения народов на этих континентах существенной эволюции не произошло.

Но лучший способ измерить изменения во времени — это использовать древние образцы. Масштабное исследование опирается на тысячи ранее опубликованных древних геномов, генетические данные примерно 6000 современных людей и — что наиболее важно — ранее неопубликованную ДНК почти 10 000 дополнительных древних людей, большинство из которых были собраны недавно группой под руководством Дэвида Райха, генетика из Гарварда. В статье команда идентифицирует эти новые геномы только по их возрасту и региональному местоположению, но Райх говорит, что в будущих работах они будут описаны более подробно.

Этот набор данных достаточно велик, чтобы исследовать тенденции на уровне популяции. «Это действительно важная работа», — говорит Александр Янг, статистический генетик из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Она показывает, что объем данных древней ДНК достиг такого масштаба, что мы можем эффективно изучать отбор за последние 10 000 лет». Райх, пионер в области изучения древней ДНК, добавляет: «Это самая важная работа, в которой я участвовал за последнее десятилетие… Наконец-то реализуется потенциал древней ДНК, позволяющий узнать столько же о биологии, сколько и об истории».

Анализ его команды показывает, что примерно 10 000 лет назад, после появления земледелия, 479 генетических вариантов стали более или менее распространены в европейском генофонде, что является признаком адаптации. «Мне кажется логичным, что появление земледелия вызвало бы селективное давление на различные факторы», — говорит Янг. Например, варианты, связанные с устойчивостью к туберкулезу, стали более распространены начиная с 6000 лет назад, а затем их частота снизилась за последние 3000 лет. Варианты, связанные с более высоким содержанием жира в организме, стали менее распространены, гены рыжих волос стали более распространены около 4000 лет назад, а гены, отвечающие за облысение по мужскому типу, снизились за последние 7000 лет. «Геном полон сигналов», — говорит Райх. Он видит «период необычайно интенсивного… и также колеблющегося естественного отбора — частота вариантов резко возрастает, а затем снижается».

Иногда факторы окружающей среды, лежащие в основе изменений, очевидны, говорит Луис Кинтана-Мурси, генетик популяций из Института Пастера. Например, гены, связанные с большей массой тела, стали встречаться реже после появления земледелия, возможно, потому что одомашнивание культур надежно обеспечивало избыток калорий. «Мне показалось очень интересным, что они могут это продемонстрировать», — говорит он.

Другая группа мутаций, в основном связанных с устойчивостью к болезням и аутоиммунными заболеваниями, резко возросла в частоте, начиная с бронзового века, около 5000 лет назад. Именно тогда плотность населения Европы начала экспоненциально расти, и люди стали жить ближе друг к другу и к одомашненным животным. «В бронзовом веке, вероятно, произошли масштабные изменения в воздействии патогенов, что привело к отбору, затрагивающему гены, связанные с иммунитетом и взаимодействием хозяина и патогена», — говорит Кинтана-Мурси.

Более глубокое понимание факторов отбора может улучшить медицинское понимание заболеваний, которые до сих пор нас беспокоят. Результаты исследования подтверждают выводы другой недавней работы, показывающей, что гены, повышающие риск рассеянного склероза, стали более распространены в бронзовом веке. Благодаря увеличению числа участников исследования на тысячи человек, «мы приближаемся к возможности ответить на некоторые из этих вопросов, касающихся факторов отбора», — говорит соавтор исследования Элисон Бартон из Гарварда.

В других случаях факторы отбора, лежащие в основе генетических изменений, остаются неясными. Используя опубликованные исследования и базу данных, объединяющую данные о здоровье, образе жизни и генетике сотен тысяч современных людей в Соединенном Королевстве, команда обнаружила, что группы генов, связанных с такими признаками, как темп ходьбы, а также гены, коррелирующие с поведенческими показателями, такими как доход и количество лет обучения, стали встречаться чаще за последние 5000 лет.

Однако не очевидно, как именно эти группы генов дали доисторическим людям эволюционный импульс. «Это исследование представляет собой результат почти десятилетней напряженной работы, но оно лишь поверхностно затрагивает проблему», — говорит Аннабель Перри, эволюционный биолог из Гарварда и еще один соавтор. «В неолите не было высшего образования, так что же именно меняется? Это приглашение для исследователей провести тщательное исследование, чтобы найти эти взаимосвязи».

Миграция и смешение популяций также могут вызывать колебания частоты различных генов, поэтому исследователи применили методы медицинской генетики, чтобы исключить эти причины. Не все согласны с тем, что им это удалось. Исследователи рассматривают изменения генетического происхождения с течением времени как свидетельство отбора, но вопрос о том, отражают ли эти сдвиги в генетическом происхождении отбор, и если да, то по каким признакам, не может быть решен с помощью их подхода, говорит Арбель Харпак, популяционный генетик из Техасского университета в Остине. «Исследование лучше рассматривать как предоставление удивительных данных и провокационных гипотез, которые потребуют гораздо более тщательного изучения, а не как окончательное объяснение адаптации в Евразии», — говорит он.

Райх надеется, что в будущих исследованиях эти вопросы будут изучены в других частях мира. Несколько недавно опубликованных препринтов, в том числе один от некоторых авторов статьи в журнале Nature, предполагают, что аналогичная динамика наблюдалась и в других популяциях. Другие периоды времени также могли характеризоваться быстрыми эволюционными изменениями, но их не удалось или невозможно исследовать. «Наиболее интересный период времени может быть между 1 800 000 и 300 000 лет назад, когда мозг гомининов увеличился втрое, и появились современные люди», — говорит он. «У нас нет этих данных».