Главная / Наука / Генетики реконструировали внешность денисовцев

Генетики реконструировали внешность денисовцев

Генетики реконструировали внешность денисовцев  - все важные достижения науки на  News4Ever.ru

Художественная реконструкция денисовской девочки.

Можно ли выяснить, как выглядел древний человек, если от него осталась только ДНК? Генетики разработали такую методику, проверили её на неандертальцах и шимпанзе, а затем применили к геному загадочных денисовцев. Теперь по получившемуся портрету они стараются «опознать» денисовцев среди останков древних гоминин Азии. Правда, не все учёные в восторге от возможностей нового метода.

Уже почти 10 лет антропологи всего мира гадают: как выглядели денисовцы? Дело в том, что об этих таинственных гомининах, населявших восток Евразии десятки тысяч лет назад, мы знаем в основном по их ДНК. Фаланга мизинца, несколько зубов да крошечный обломок черепа, к которым недавно добавилась половинка нижней челюсти — вот пока что все останки денисовского человека, доставшиеся учёным. Возможно, в музейных хранилищах находятся и прочие части скелета, даже целые черепа этих древних людей, да только как это выяснить? Далеко не из всех древних находок удаётся выделить хотя бы фрагментарную ДНК, а без неё денисовца не опознать. Пока что предсказывать внешность по геному у учёных получается, мягко говоря, не слишком хорошо. Более или менее научились определять только цвет глаз, волос и кожи — и то, такие методики отточены на европейцах, а с людьми из других популяций работают далеко не всегда.

Так мы узнали, что у денисовской девочки были, вероятно, карие глаза, смуглая кожа и тёмные волосы. Прочие человеческие черты поддаются предсказаниям с большим трудом. Ведь мало знать, какие гены с каким признаком связаны, необходимо ещё оценить, насколько каждый ген активен, и каков результат их совместной работы. Кроме того, методика поиска ассоциаций между генами и анатомическими особенностями работает с теми чертами, по которым разные люди отличаются друг от друга. Если очень грубо, у одних людей глаза голубые, у других карие — сравнивая их геномы, можно попытаться понять, какие отличия в ДНК отвечают за цвет глаз. А как быть с видоспецифическими признаками, которые зафиксировались и примерно одинаковы у всех современных людей?

Группа учёных из Еврейского университета в Иерусалиме (ивр. ‏האוניברסיטה העברית בירושלים‏‎), под руководством профессора Лирана Кармеля (לירן כרמל), опубликовавшая недавно статью в Cell, движется другим путём. Их подход в том, чтобы оценить отличия древних гоминин от современного человека по особенностям метилирования ДНК. Напомню, что ДНК — молекула, состоящая из четырёх видов азотистых оснований — аденина, гуанина, тимина и цитозина. Метилирование — прикрепление особых химических меток — метильных групп, к определённым участкам ДНК, приводящее к изменению активности генов. Обычно метилирование происходит в цитозине, стоящем «справа» от гуанина (обозначается CpG. Участки, где много CpG, называются «CpG островки»). Известно, что если метилирован участок гена, близкий к промотору — условно говоря, «началу» гена, — то активность гена, как правило, падает.

Израильский генетик Давид Гохман (דוד גוכמן) и его коллеги разработали методику, позволяющую находить следы метилирования в древних геномах. Дело в том, что при разложении древней ДНК цитозин теряет аминогруппу — деаминируется. В результате, из обычного цитозина получается основание урацил. А если цитозин метилирован, то при деаминировании получится не урацил, а тимин. Таким образом, если в том месте генома, где у современного человека есть CpG островок, в древней ДНК стоит урацил, то исходный цитозин был неметилирован. А если кроме урацила в этой позиции встречается ещё и тимин, то можно заключить, что в части клеточных геномов цитозин был в древности метилирован.

Подход позволяет восстановить «метилом» (термин, образованный по аналогии с такими как «геном», «биом») — совокупность метилированных участков конкретного генома. Так исследователи реконструировали метиломы денисовца, двух неандертальцев и 5 древних сапиенсов, возрастом от 45 до 7,5 тыс. лет. Добавив к ним данные по современным людям и шимпанзе, составили карту участков генома, по-разному метилированных у разных видов. Учитывались только те особенности метиломов современных людей, которые встречаются у всех поголовно, не зависят от пола, возраста или заболеваний. В списке оказалось 873 отличия в метилировании ДНК современного человека, 939 отличий, общих для денисовцев и неандертальцев, 750 специфических отличий неандертальца, 443 — денисовца и 2000 — шимпанзе. Далее учёные отбросили метилированные участки, которые находятся в генах слишком далеко от промоторов. Предстояло выяснить, на каких скелетных особенностях отражается метилирование генов, оставшихся в списке. Для этого учёные использовали базу данных HPO (Human Phenotype Ontology), в которой содержится информация о 4000 наследственных моногенных (то есть, вызываемых единственной мутацией) аномалиях и о связанных с ними генах. Ход мысли исследователей такой: многие наследственные нарушения из этой базы связаны с мутациями, приводящими к потере функции, то есть к отключению гена. А отключение можно приблизительно уподобить резкому снижению активности, вызванному метилированием. Конечно, совпадение неполное, но можно оценить, в каком направлении изменится признак, если ген перестанет работать (в результате метилирования или мутации — неважно). При этом выбрали только те гены, которые влияют на строение скелета — ведь древняя ДНК происходит из костей и зубов.

Понятно, что на каждую часть скелета могло приходиться несколько генетических аномалий и связанных с ними генов, поэтому суммарный эффект не всегда можно оценить. Например, если поломка одного гена приводит к «расширенному тазу», а отказ другого — к «суженному», неясно, что должно получиться в сумме. Поэтому исследователи отдавали предпочтение «однонаправленным» признакам, для которых однозначно можно определить вектор изменения, типа «задержки созревания» или «более короткой челюсти».

Затем методику проверили на неандертальцах. Подход показал хорошие результаты: в частности, исследователям удалось верно предсказать 62 из 75 признаков, по которым неандертальский скелет отличался от нашего. Хорошо справилась методика и с предсказаниями особенностей шимпанзе.

Предстояло опробовать разработанный метод на ДНК денисовца. Исследователи выделили 2 категории признаков. В первую (21 признак) попали черты, общие у денисовцев с неандертальцами, а во вторую (11 признаков)  — специфически денисовские особенности. Поскольку денисовцы родственны неандертальцам, логично, что вторая группа меньше первой.

Что же роднит денисовцев с неандертальцами? Массивные челюсти, низкий и расширенный книзу череп, толстая эмаль зубов, широкий таз, толстые пальцы — хорошо узнаваемый образ европейского пещерного человека. Однако в отличие от неандертальцев, у денисовцев вытянутая зубная дуга, более крупный мыщелок нижней челюсти, увеличенная ширина теменных костей. Есть и черты, по которым денисовцы больше похожи на нас, чем на неандертальцев, например, у них столь же широкое расстояние между височными костями, и они так же рано, как мы, теряют зубы (что бы это ни значило). Ширина лица у денисовцев оказалась промежуточной: меньше, чем у неандертальцев, но больше, чем у нас. То же касается и выступания лицевой части, размеров лопаток и сроков созревания.

Генетики реконструировали внешность денисовцев  - все важные достижения науки на  News4Ever.ru
 

Здорово! По этому набору можно даже попробовать нарисовать портрет денисовца. Разумеется, уже нарисовали. Но как проверить сделанный прогноз? Единственная возможность — по недавно найденной челюсти денисовца. К радости исследователей, из нескольких особенностей челюстей и зубов, предсказанных методикой, большая часть совпала с «оригиналом»: у денисовца действительно длинная зубная дуга, челюсть высока спереди и широка сзади.

Исследователи сами были удивлены тем, насколько хорошо себя показала методика, основанная только на метилировании ДНК, хотя далеко не только метилирование влияет на активность генов. Вероятно, причина в том, что разные уровни управления транскрипцией генов в геноме тесно взаимосвязаны. В будущем учёные надеются разобраться со всей совокупностью этих уровней, научиться оценивать изменения белков и таким образом давать более точные количественные прогнозы.

Не собираясь почивать на лаврах, исследователи сами указали на слабые стороны методики: подход не даёт конкретных размеров и цифр, а скорее указывает на направления отличий скелета, а в некоторых случаях — просто на сам факт этих отличий. Кроме того, поскольку в руках у специалистов пока что метилом единственного денисовца, речь идёт, скорее, о реконструкции строения конкретного индивида, а не всего «денисовского рода».

Наконец, исследователи обращают внимание, что некоторые находки древних людей из Китая очень хорошо «ложатся» в полученный набор признаков денисовца. Например, недавно найденные два черепа из округа Сучан возрастом чуть более 100 тыс. лет: у них ряд особенностей совпали с предположительно денисовскими, включая необычно большую ширину теменных костей. Может быть, протеомный анализ, с помощью которого удалось распознать денисовскую челюсть, поможет разобраться и с находками в Сучан?

Не все исследователи спешат восторгаться новой методикой. Антрополог Джон Хокс (John D. Hawks) пишет в своём блоге, что предсказание особенностей скелета неандертальцев с помощью метилома не впечатляет: «здесь слишком много степеней свободы для исследователей». Он ссылается на более раннюю работу, где с помощью подобной методики пытались предсказывать строение бедренных костей у современных приматов, но результат оказался невнятным: эффект, даваемый метилированием, не удавалось отличить от действия среды и других факторов. Хокс полагает, что методика останется спорной, пока не будет прояснён механизм, связывающий метилирование с конкретными особенностями скелета, а до этого далеко.

Кстати, совсем недавно мы писали о новом исследовании утраченной части фаланги денисовца. Она оказалась узкой и изящной, а вовсе не по-неандертальски толстой, как предсказывал новый метод.

Генетики реконструировали внешность денисовцев — все важные достижения науки на News4Ever.ru

Поделитесь ссылкой и ваши друзья узнают, что вы знаете ответы на все вопросы. Спасибо ツ

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*