Происхождение человека. Чем денисовский человек отличается от Homo sapiens?
На полу Денисовой пещеры выросло 20 культурных слоев. Находка в этом массиве мелких костных останков денисовцев — большая удача.
Таким образом над естественным полом пещеры выросло два десятка культурных слоев, наполненных артефактами — свидетельствами жизни самых разных обитателей. Чтобы исследовать эти культурные слои (а раскопки здесь начались во второй половине 1970-х годов), археологам пришлось выкопать глубокую яму. И вот в 2008 году случилось знаменитое открытие: в Денисовой пещере, среди огромного массива культурных слоев была найдена крошечная кость — как потом выяснилось, фаланга мизинца юной особи женского пола. Можно говорить об огромном научном везении, так как эта находка плюс еще несколько небольших костных фрагментов (два зуба, возможно, фаланга пальца ноги) стали единственным свидетельством существования на Земле доселе неизвестного вида людей.
Сюрпризы продолжились в 2012 году, когда была опубликована работа группы ученых из лейпцигского Института Макса Планка (руководителем группы был шведский биолог Сванте Пеэбо). Ученым удалось с высокой точностью секвенировать как ядерную, так и митохондриальную ДНК денисовцев, как теперь стали называть наших вымерших двоюродных братьев, и появилась возможность предметно говорить о родстве живших в Денисовой пещере 75−30 тыс. лет назад людей с Homo sapiens и Homo neanderthalensis. Секвенирование «денисовской» ДНК стало реальным лишь с возникновением новых технологий работы с генетическим материалом, который в ископаемых костях представлен, как правило, фрагментарно. В частности, был применен метод искусственного восстановления двухнитевых ДНК в тех случаях, когда в исходном образце одна из нитей оказывалась поврежденной.
На схеме показано идущее от общего предка родословное древо сапиенсов, денисовцев и неандертальцев, а также человекообразных обезьян. Красным показан порог, после которого из 24 пар обезьяньих хромосом после слияния получилось 23 пары человеческих.
Что же касается родства, то удалось выяснить, что, согласно анализу мтДНК, отличие современного человека от денисовца составляет 385 нуклеотидов, в то время как различие между Homo sapiens и неандертальцем равно 202 нуклеотидам. Анализ ядерной ДНК показал, что неандертальцы и денисовцы имели общего предка, который жил, возможно, около 700?000 лет назад (датировка крайне приблизительная). Предок же этой ветви и Homo sapiens — так называемый «человек предшествующий» (Homo antecessor) обитал на Земле более миллиона лет назад.
Значит, с родством все ясно? Не совсем. Известно, что Homo sapiens появились около 200?000 лет назад на Африканском континенте. Полторы сотни тысяч лет спустя небольшая популяция сапиенсов (порядка 40−50 тыс. человек) решилась покинуть свой африканский дом и ушла на Ближний Восток, а потомки этих людей заселили все континенты, кроме Антарктиды. Таким образом, все исконные жители Старого и Нового Света за исключением Африки — то есть белые европейцы, китайцы, эскимосы, американские индейцы — являются потомками беглецов из Африки, численность которых сравнима с населением райцентра. При этом сапиенсы были, разумеется, не первыми представителями рода Homo, ушедшими в Евразию. До этого туда пропутешествовал Homo erectus, давший в Европе потомство в виде гейдельбергского человека или в Азии в виде синантропов и питекантропов.
Общие дети разных людей
Придя на Ближний Восток, сапиенсы встретили там ранее пришедших неандертальцев. Тогда же случилось то, что в науке называется гибридизацией: наши предки и неандертальцы стали скрещиваться, и у них появилось потомство. Предположительно это была первая, но не единственная волна гибридизации этих видов. Второй эпизод, согласно генетическим данным, мог происходить на Дальнем Востоке с участием со стороны Homo sapiens предков китайцев и американских индейцев. На сегодняшний день процент неандертальских генов в геноме представителей разных народов мира составляет 1−4%.
После того как удалось получить точные данные о геноме денисовцев, было сделано еще одно важное открытие. Оказалось, что гибридизации с Homo sapiens не удалось избежать и денисовцам. Обитая неподалеку от «врат народов», они встретились с некой ветвью предков современных людей, которая затем прошествовала в сторону Юго-Восточной Азии, а точнее — ее островной части. Меланезийцы, представители австралоидной расы (среди них наиболее известны у нас папуасы) содержат в своем геноме до 6% «денисовских» генов. Хотя совершенно необязательно, что гибридизация произошла именно на Алтае, — сейчас считается, что этот вид людей имел широкий ареал обитания в Евразии.
Таким образом, некоторые современные люди, обитающие, правда, в основном в одном уголке планеты, могут считать себя более близкой родней денисовцам, чем все остальные. Однако есть другая загадка, которую преподнесла находка в Денисовой пещере. Похоже, на ее основании можно предположить существование еще одного вида людей, от которых пока не найдено даже крохотной косточки.
Неандертальцы и денисовцы составляют две ветви, происходящие от общего предка, но, как уже сказано, Homo neanderthalensis генетически заметно ближе к сапиенсу, чем денисовец. Более того, в «денисовском» геноме есть примерно 1% генов, которых нет у неандертальцев и которые заметно древнее остальных: на это обратил внимание американский биолог Дэвид Рейч из Гарвардской школы медицины. Остается предположить, что гибридизация с сапиенсами была не единственной, которой подверглись «денисовские» люди. Теперь выдвигается предположение о том, что они на своем историческом пути могли скрещиваться и с другими видами рода Homo.
Исследователи обратили внимание на то, что найденный в Денисовой пещере зуб, который, как и фрагмент фаланги, стал предметом генетического анализа, имеет необычно большой размер, что типично для более ранних гоминид. Это может означать, что партнерами по скрещиванию выступали представители какого-то вида людей, которые вышли из Африки еще раньше и сапиенсов, и денисовцев, и неандертальцев. Возможно, об этом виде до сих пор ничего не известно, а можно предположить, что это были, например, представители гейдельбергского человека. Что мешает это проверить? Отсутствие секвенированного генома последнего.
Зуб «денисовского» человека наряду с фрагментом фаланги мизинца стал для генетиков ключом к геному неведомого ранее вида людей.
Придется снова напомнить, что выделение качественной генной информации ископаемых останков денисовцев было уникальным случаем и большой научной удачей. Это же касается и генов неандертальцев. Дело в том, что и те и другие обитали в сравнительно холодных и влажных областях мира, и климат обеспечил сохранность сложных молекул внутри костных останков. В жарком климате, где солнце выжигало кости добела, ДНК практически полностью разрушалась.
Открытия еще впереди
К сожалению, в силу скудности найденного пока ископаемого материала очень трудно сказать, насколько денисовцы отличались от современных людей внешним обликом и поведением, или обладали ли они, например, речью. Различия в геноме сапиенса и денисовца могут указывать на то, что определенные мутации, отвечающие в нашем геноме за важные функции, связанные с развитием нервной системы и работой мозга, у денисовцев, как у представителей иной ветви человечества, не отмечены. Это может означать, что человеческим разумом в полном смысле эти вымершие люди не обладали, что, разумеется, не помешало им оставлять совместное с сапиенсами потомство.
Казалось бы, в этот же ряд «криптолюдей» вписывается и Homo florensiensis — останки представителей этого вида были обнаружены в 2003 году в пещере Лианг-Буа на острове Флорес. Этих существ, которых сразу же окрестили «хоббитами», отличал маленький рост (1 м) и крайне небольшой объем мозга — 400 см3. Это меньше, чем у шимпанзе, и сопоставимо с объемом мозга афарского австралопитека, который не принадлежал к роду Homo. Таким образом, флоресские карлики, очевидно, находились на более низкой стадии развития, чем неандертальцы или денисовцы. Да, они производили примитивные каменные орудия, вероятно, занимались с их помощью охотой и строительством, но к созданию каменных орудий был способен и австралопитек. По одной из бытовавших гипотез, Homo florensiensis мог быть потомком питекантропа, достаточно развитого существа, который попал в условия островной изоляции (а современная и ископаемая фауна острова Флорес наполнена эволюционными курьезами) и там видоизменился, или, можно было бы сказать, деградировал. Последний термин, правда, вряд ли уместен, так как предполагает понимание эволюции как неизменного движения от низших форм к высшим, в то время как в реальности имеет значение лишь приспособление методом естественного отбора. Сейчас, однако, гипотезу об уменьшившемся и поглупевшем питекантропе разделяют далеко не все, подозревая в предках «хоббитов» каких-то менее развитых существ типа тех же австралопитеков.
Однако есть еще один интересный пример, когда следы какого-то таинственного человекоподобного существа явно прослеживаются в геноме современного человека. Правда, речь опять же идет о специфической группе Homo sapiens.
Африка — настоящий кладезь генетического разнообразия. Если вспомнить, что неафриканское человечество восходит к нескольким десяткам тысяч африканцев, ушедших в Евразию, нетрудно предположить, что генетические различия между немцем и японцем могут оказаться значительно меньшими, чем между представителями разных африканских народов, где сапиенсы развивались 200?000 лет. Но пигмеи в западном Камеруне и народности хадза и сандаве в Танзании являют собой особый случай. Как можно заметить по географической карте, Танзанию и Камерун разделяет приличное расстояние, а вот представителей трех упомянутых народов объединяют общие участки ДНК, и это указывает, во-первых, на общих предков, живших самое позднее 40 000 лет назад, и, во-вторых, на то, что эти самые предки уже были обладателями вышеупомянутых участков. Группа биологов из Пенсильванского университета под руководством Сары Тишкофф опубликовала работу в журнале Cell, в ней утверждалось, что общие для трех народов участки ДНК являются следами гибридизации с доселе неизвестным и жившим в Африке еще 80−20 тыс. лет назад видом людей, который произошел от общего с неандертальцами предка примерно 1,2 млн лет назад.
Проблема лишь в том, что от этих гипотетических людей опять-таки не найдено ни косточки — генетики вновь совершили открытие «на кончике пера». Косвенным подтверждением, что еще в недавнюю эпоху в Африке могли существовать какие-то виды людей, не относящихся к сапиенсам, может служить находка в Иво-Элеру (Нигерия). Там был обнаружен довольно примитивный череп, датируемый, однако, эпохой безраздельного властвования сапиенсов, — 13 000 лет назад. Иными словами, существует проблема определенного рассогласования между выкладками генетиков и находками палеоантропологов, работающих «в поле».
Но не будем забывать: не случись удачи с находкой крошечных костных фрагментов в Денисовой пещере, ни про каких денисовцев сегодня никто бы не знал вообще.
Австралийцы были первыми
Карта на соседней странице показывает пути миграций предков разных групп Homo sapiens по Евразии. Как видно, предки австралийских аборигенов и папуасов были в той же самой группе выходцев из Африки, что и предки будущего населения Европы и Азии, — они вместе отделились от своих африканских родственников 75−62 тыс. лет назад. Однако «австралийская» ветвь (красная стрелка) отправилась в Евразию первой, еще до того, как 38−25 тыс. лет назад «европейцы» отделились от «азиатов» (в частности, имеется в виду предковая линия китайцев — хань). Вторая волна миграции, прошедшая через Переднюю Азию, Индию и Индокитай, вытеснила и поглотила представителей «австралийской» ветви на континенте, а аборигены Австралии и папуасы оказались в изоляции на 50?000 лет. На карте отмечена и гибридизация с денисовцами.
Честь научного доказательства гибридизации между Homo sapiens с одной стороны и денисовцами, а также неандертальцами — с другой принадлежит группе ученых из Института эволюционной антропологии имени Макса Планка в Лейпциге (ФРГ) под руководством шведского генетика Сванте Пеэбо. На основании костных останков из Хорватии исследователям удалось в 2010 году прочитать геном неандертальца. В 2012 году аналогичная работа была проведена в отношении генома денисовцев. «Денисовский» геном отсеквенирован со средним покрытием 31 (99,4% нуклеотидов прочтено не менее 10 раз, 92,9% - не менее 20). Таким образом, качество прочтения генома соответствует отсеквенированным геномам современных людей, что и позволило заняться сравнением.
Статья «Крипточеловечество» опубликована в журнале «Популярная механика» (№141, июль 2014)
Как рассказывал Дробышеский, определить кто чей был предок - это отдельный вид спорта. Вполне может быть, что один и тот же человек 30000 лет назад мог быть одновременно предком теперешних папуаса, индейца, китайца и европейца.
шалунишки любили сношаться с мартышками
На самом деле человек не шагнул вперед с тех времен. Взять дикие племена, если человек растет в таких условиях - он не сможет умножить 40 на 30. Поэтому главный фактор развития людей это способность передавать знания из поколения в поколение
Мне кажется тут кто то скрепы разжимает. )))
Шимпанзе и люди одинаково понимают иерархию
Выяснилось, что они ассоциируют абстрактные понятия с физическими образами, как и мы.
Практически во всех человеческих языках физические метафоры активно используются для описания абстрактных вещей. «Всё прошло гладко». «Жёсткий характер». «Твёрдое решение». Есть целая научно-популярная книга «Тёплая чашка в холодный день» о том, как человеческий мозг ассоциирует тактильные образы с более сложными концепциями. Но как выяснить, есть ли что-то подобное у шимпанзе?
Человекообразные обезьяны, с которыми работали приматолог Икума Адачи и психолог Кристоф Дахл, были уже приучены выполнять несложное задание: смотреть на фотографию, а затем выбирать ее на сенсорном экране среди нескольких других. На первом этапе участник эксперимента видел портрет знакомого шимпанзе (они различают лица ничуть не хуже нас), а на втором — двух знакомых шимпанзе, из которых нужно было выбрать того, чья фотография уже была предъявлена две секунды назад.
Хитрость в том, что фотографии двух шимпанзе были расположены вертикально, одна над другой. При этом, поскольку испытуемый был лично знаком с обоими персонажами, он знал и их социальный статус: кто лидер в стае, кто середнячок, а кто аутсайдер. Исследователи предположили, что, если шимпанзе мыслят так же, как мы — представляют иерархию как пирамиду, в которой крутые чуваки находятся высоко, а лузеры низко, — то они будут быстрее находить фотографию лидера или аутсайдера, когда она расположена в верхней или нижней части экрана соответственно.
Именно так и получилось. Шимпанзе тратили по 700 миллисекунд на ответ, если фотография была там, где ей положено, и по 900 миллисекунд, когда изображение лидера располагалось в нижней части экрана или изображение аутсайдера — в верхней. Учёные провели достаточно тестов, чтобы показать, что отличие устойчивое и статистически значимое.
Способность ассоциировать физические свойства пространства с абстрактными понятиями (учёные называют её концептуальным метафорическим картированием) — это явление, изучением которого в основном занимаются лингвисты. Всегда считалось, что это свойство нашего мышления неразрывно связано с языком, который мы используем для описания мира. Но шимпанзе, участвовавшие в исследовании, не умели говорить. Получается, что этот способ восприятия мира может существовать независимо от языка и, вполне возможно, присутствовал у нашего с шимпанзе общего предка задолго до того, как мы поднялись на вершину эволюционной иерархии и придумали словосочетание «высшие приматы».
Самое большое генеалогическое древо человека, когда-либо созданное, прослеживает историю нашего вида
Новое, огромное генеалогическое древо всего человечества пытается подвести итог тому, как все люди, живущие сегодня, относятся друг к другу и с нашими древними предками.
Каждая линия на этом рисунке представляет собой отношение предок-потомок в новой генеалогии современных и древних геномов. Толщина линии соответствует тому, как часто в [существующих] данных эти отношения наблюдались, и линии окрашиваются на основе предполагаемого возраста предка. Источник изображения: Воспроизведено с разрешения Wohns et al., Унифицированная генеалогия современных и древних геномов. Science (2022). doi: 10.1126/science.abi8264.
Согласно новому исследованию, опубликованному 24 февраля в журнале Science, чтобы построить это генеалогическое древо, или генеалогию, исследователи просеяли тысячи последовательностей генома, собранных как у современных*, так и у древних людей, а также у древних родственников человека. Эти геномы были получены из 215 популяций, разбросанных по всему миру. Используя компьютерный алгоритм, команда выявила чёткие паттерны генетических вариаций внутри этих последовательностей, выделив, где они совпадают, а где различаются. Основываясь на этих закономерностях, исследователи провели теоретические родственные линии между геномами и получили представление о том, какие варианты генов, или аллели, вероятно, несли общие предки этих людей.
*В этой статье, под "современными людьми", подразумевают людей прошлого, которые генетически были нашими прямыми предками. Более подробно читайте относительно свежую статью Александра Маркова "Происхождение человечества в свете новых данных палеоантропологии и генетики". – прим. ред.
В дополнение к выявлению этих генеалогических связей команда приблизилась к тому, где в мире жили общие предки секвенированных особей. Они оценили эти местоположения, основываясь на возрасте отобранных геномов и месте, где был отобран каждый геном.
"То, как мы оценивали, места проживания предков, в частности, имеет весьма предварительный характер," – сказал первый автор Энтони Уайлдер Уонс, который на момент проведения исследования был докторантом Института больших данных Оксфордского университета. Несмотря на свои ограничения, эти данные по-прежнему отражают основные события в эволюционной истории человека. Например, "мы определённо видим неопровержимые доказательства события вне Африки", то есть первоначального расселения Homo sapiens из Восточной Африки в Евразию и за её пределы, – сказал Уонс, который сейчас является постдокторским исследователем в Институте Брода Массачусетского технологического института и Гарварда.
Метод, который использовали исследователи, "хорошо работает для уточнения известных мест обитания предков, а по мере совершенствования выборки он потенциально может выявить неизвестные в настоящее время перемещения человека", – написали в комментариях, к также опубликованной статье в журнале Science Аида Андрес, адъюнкт-профессор в области генетики, эволюции и окружающей среды Института генетики Университетского колледжа Лондона (UCL), и Джасмин Рис, докторант Института генетики UCL.
Таким образом, в будущем, когда появится больше данных, такой анализ потенциально может выявить главы человеческой истории, которые в настоящее время нам неизвестны.
Построение генеалогического древа человека
Чтобы создать единую генеалогию человечества, исследователи сначала объединили геномные данные из нескольких больших общедоступных наборов данных, включая проект "1000 геномов", проект "Разнообразие генома человека" и проект "Разнообразие генома Саймонса". Из этих наборов данных они собрали около 3600 высококачественных последовательностей генома современных людей; "высококачественные" последовательности генома – последовательности с очень небольшим количеством пробелов или ошибок, которые в основном собраны в правильном порядке, согласно публикации 2018 года в журнале Nature Biotechnology.
По словам Вонса, высококачественные геномы древних людей было труднее найти, так как ДНК древних образцов имеет тенденцию сильно деградировать. Однако, копаясь в ранее опубликованных исследованиях, команде удалось найти восемь высококачественных древних геномов гомининов для включения в своё древо. Они включали три генома неандертальца, возраст, одного из которых, как полагают, превышает 100 000 лет; геном денисовца примерно 74 000-82 000 лет; и четыре генома нуклеарной семьи, жившей в горах Алтая в России около 4600 лет назад.
Неандертальцы и денисовцы – вымершие родственники Homo sapiens.
В дополнение к этим высококачественным древним геномам команда выявила более 3500 дополнительных геномов более низкого качества со значительной деградацией, возраст которых варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.
Эти деградированные геномы не учитывались в основном древовидном построении, но команда просеяла фрагменты, чтобы увидеть, какие изолированные аллели могут быть идентифицированы в образцах. Эти разрозненные данные помогли исследователям подтвердить, когда различные аллели впервые появились в генеалогической летописи, поскольку образцы, из которых были взяты геномы, были датированы радиоуглеродным методом.
Древние геномы обеспечивают "уникальный снимок генетического разнообразия в прошлом", который может помочь выявить, когда и где впервые появился генетический вариант и как он распространился впоследствии, сообщили Андрес и Рис в совместном заявлении Live Science.
"Хотя это исследование не интегрировало низкокачественные древние геномы в процессе построения древа, их использование для определения возраста вариантов внутри древа всё ещё является мощным средством для этих целей и обещает много захватывающих достижений в будущем".
Уонс и его коллеги использовали эти данные, чтобы перепроверить, имеют ли линии происхождения, обозначенные в их генеалогическом древе, смысл с точки зрения времени – и в большинстве случаев они это сделали.
"Очень обнадеживает тот факт, что. в 90% случаев мы согласуемся с образцами, которые археологи могут датировать радиоуглеродным методом," – сказал Уонс. "Но есть, вы знаете, 5% или 10% этих генетических вариантов, где мы видим противоречивые оценки" относительно того, когда они впервые появились, согласно противоречивым результатам археологических записей и оценкам, сделанным алгоритмом, – отметил он. В этих случаях команда скорректировала своё древо, чтобы отразить время, которое можно было подтвердить с помощью радиоуглеродного датирования, сказал он.
Хотя построенное древо основанное всего на нескольких тысячах образцов генома, окончательное генеалогическое древо "на самом деле отражает довольно много о генеалогии всего человечества," – сказал Уонс. Используя древо в качестве каркаса, команда затем провела свой географический анализ, чтобы увидеть, когда и где, вероятно, жили теоретические предки выбранных ими популяций. Исходя из этого, они не только нашли чёткие доказательства миграции из Африки, но и обнаружили потенциальные доказательства взаимодействия между Homo sapiens и ныне вымершими гоминидами, такими как денисовцы, сказал он.
Например, их результаты показали, что предки современных людей могли быть найдены в Папуа-Новой Гвинее около 280 000 лет назад, за сотни тысяч лет до появления самых ранних свидетельств обитания современных людей в этом регионе. Это не обязательно означает, что H. sapiens действительно занимал эту территорию так давно, "но это, возможно, говорит о том, что есть какая-то генетическая вариация, которая встречается только в этом регионе, и указывает на то, что там действительно существует давняя родословная, которая не встречается в других местах," – сказал он.
Часть этой уникальной родословной может происходить от скрещивания современных людей с денисовцами, как было также предложено в исследовании, опубликованном в 2019 году в журнале Cell, которое обнаружило геномные доказательства скрещивания современных людей с несколькими группами денисовцев.
"Древовидные схемы, сгенерированные в этом исследовании, несомненно, окажутся полезными для тех, кто изучает эволюцию человека," – написали Андрес и Рис в своём комментарии. Одним из ограничений является то, что большая часть геномного секвенирования была проведена в евразийских популяциях, поэтому, хотя новое исследование включало тысячи современных геномов, данные не могут полностью охватить глобальное генетическое разнообразие, сообщили они Live Science по электронной почте. "Дальнейшая интеграция недопредставленного населения будет продолжать устранять это ограничение," – сказали они.
"В этих оценках много неопределенности," – сказал Уонс о недавних результатах команды. "Разве только у нас был бы геном всех, кто когда-либо жил, данные о том, где и когда они жили, это был бы единственный способ узнать правду." Команда реконструировала человеческую историю настолько точно, насколько это было возможно, учитывая имеющиеся данные, но с большим количеством образцов генома и более сложным программным обеспечением древо определённо можно было бы усовершенствовать," сказал он.
"Преимущество созданных нами методов заключается в том, что они потенциально могут работать с миллионами образцов," – сказал Уонс. "Значит, по мере того как у нас будет больше данных, мы получим более точные оценки."
Уонс сказал, что сейчас он работает над разработкой новых алгоритмов машинного обучения, чтобы улучшить оценки того, где и когда жили наши предки. В отдельном проекте он планирует использовать тот же метод построения древовидных схем, чтобы лучше понять генетическую основу заболеваний человека. Для этого он планирует точно определить место происхождения аллелей, связанных с болезнями, а затем восстановить, как и когда эти варианты генов распространились в различных популяциях.
Тот же метод можно было бы использовать и для отслеживания эволюционной истории других организмов, таких как медоносные пчелы или крупный рогатый скот, и даже таких инфекционных агентов, как вирусы, добавил он.
Вклад неандертальцев в ДНК современных людей. Группы крови неандертальцев и денисовцев
Количественная оценка интрогрессии неандертальцев в наследуемость сложных признаков Homo sapiens sapiens
За последние 50 тыс. лет анатомически современные люди неоднократно скрещивались с архаичными группами из рода людей и в нескольких местах. В результате почти все евразийцы имеют около 2% неандертальского происхождения, что является результатом скрещивания, вскоре после того, как их предки покинули Африку. Анализ доступных исследований геномных ассоциаций и крупномасштабных данных биобанка показал, что аллели неандертальского происхождения связаны с различными признаками у современных евразийцев. Архаичная примесь у анатомически современных людей, возможно, улучшила их способность адаптироваться к различным средам, когда они распространялись по всему земному шару. Многие из архаичных аллелей влияют на признаки, которые непосредственно отвечают за взаимодействие с окружающей средой, включая иммунную систему, волосы и кожу, а также высотную адаптацию и метаболизм. Однако несмотря на эти потенциальные адаптивные преимущества имеющиеся данные позволяют предположить, что они были в значительной степени вредны для анатомически современных людей. Несколько линий доказательств подтверждают отбор против участков ДНК неандертальского происхождения в большинстве функциональных областей генома человека. Это может быть объяснено тем, что у неандертальцев эффективный размер популяции был меньше, чем у анатомически современных людей, в результате чего из-за низкой эффективности отбора они накопили вредоносные аллели, которые в последствии подверглись более эффективному отбору у людей современной анатомии. Также, возможно, что из-за несовместимости смешанного потомства и вредоносных эпистатических взаимодействий, суть которых заключается в наличии генов, подавляющих фенотипические проявления других генов между аллелями неандертальцев и анатомически современных людей, снижалась приспособленность гибридного потомства. Однако были отмечены и участки с положительным отбором неандертальских вариантов. Поэтому учитывая широкие доказательства отрицательного отбора в отношении аллелей неандертальцев в функциональных регионах ДНК современного человека в сочетании с доказательствами положительного отбора по конкретным интрогрессированным аллелям неандертальцев, назрела необходимость более всесторонне охарактеризовать и согласовать функциональные эффекты интрогрессированных аллелей на изменение различных признаков у анатомически современных людей.
В недавно опубликованной работе, авторы при помощи хорошо зарекомендовавшего себя полногеномного поиска ассоциаций (GWASs) для 405 различных признаков попытались охарактеризовать влияние примеси неандертальцев на наследуемость сложных признаков у европейцев и определить тенденции в направлении влияния интрогрессированных вариантов на эти признаки. А также понять, как интрогрессия неандертальцев могла способствовать адаптации к неафриканской среде.
Сразу упрощённо поясню, что сложными называют такие признаки, которые состоят из двух и более простых признаков и контролируются несколькими неаллельными генами (т.е. являясь полигенными). Помимо этого, сложные признаки могут быть результатом биохимических процессов в которых взаимодействуют продукты работы нескольких генов. Примеры сложных признаков включают пол, рост, циркадные ритмы и т.д.
Новые данные демонстрируют, что области генома, сохраняющие элементы ДНК неандертальцев лишены наследуемости по всем рассматриваемым признакам, за исключением тех, которые связаны с кожей и волосами.
Хотя неандертальцы, которые внесли вклад в евразийские популяции людей современной анатомии ближе к представителям пещеры Виндия, существует небольшое увеличение показателя наследуемости нескольких признаков среди аллелей с более древним неандертальским происхождением, как у алтайских неандертальцев, включая аутоиммунные расстройства, черты волос и кожи, хронотип или особенности суточных ритмов организма, плотность костной ткани, емкость легких и время наступления менопаузы.
За исключением вариантов, связанных с риском болезни Крона – воспалительным заболеванием желудочно-кишечного тракта, которые только на 50% присутствовали у алтайских неандертальцев, остальные, вероятно, моложе, потому как они отмечены только у представительницы неандертальцев Виндии.
По мнению авторов исследования, интрогрессированные аллели, совпадающие с таковыми у алтайских представителей, вероятно, с большей частотой встречались в различных популяциях неандертальцев и, таким образом, с меньшей вероятностью имели сильные вредные эффекты, чем более молодые интрогрессированные аллели неандертальцев. Стоит отметить, что популяции неандертальцев, которые жили в Евразии между 250 и 38 тыс. лет назад, никогда не были многочисленными, они были разбиты на небольшие взаимосвязанные группы, примерно, по 20 человек, с максимальной общей численностью до 70 тыс. в Микулинское межледниковье, около 120 тыс. лет назад.
Суммируя закономерности наследуемости по областям признаков, авторы работы обнаружили, что наследуемость дерматологических, эндокринных и респираторных признаков последовательно увеличивается для более древних неандертальских вариантов, как у алтайских представителей, в то время как показатель наследуемости неандертальских областей ДНК, отвечающих за когнитивные и офтальмологические признаки, снижен.
Кроме того, несколько областей признаков демонстрируют различные модели наследуемости, например, среди психиатрических, показатель наследуемости участков, отвечающих за поведенческие расстройства, вызванные употреблением табака выше, в то время как наследуемость интрогрессированных вариантов, связанных с темпераментом и личностными функциями ниже. Среди репродуктивных признаков также есть участки с противоположными показателями наследуемости.
Используя два метода оценки направленности влияния вариантов на признаки, авторы обнаружили однонаправленные отклонения для интрогрессированных аллелей с риском облысения, более молодым возрастом менопаузы, риском солнечных ожогов, вынужденным увеличением форсированной жизненной емкости легких и предпочтением просыпаться рано утром.
Для объяснения результатов, авторы работы предложили модель, которая связывает наблюдаемые закономерности наследуемости и направление эффекта с гипотезами об избирательном давлении на интрогрессированные гаплотипы.
При этом наблюдается 4 основных параллельных сценария:
1. Большинство признаков демонстрируют снижение показателя наследуемости интрогрессированных вариантов и отсутствие смещения в направлении эффекта. Это предполагает отбор против интрогрессированных вариантов, которые повлияли на эти черты.
2. У некоторых вариантов наблюдается противоположная картина. Увеличение показателя наследуемости в интрогрессированных вариантах и направленное смещение в сторону их действия предполагает, что неандертальская примесь дала функциональные аллели, которые были положительно отобраны у людей современной анатомией. Например, увеличение показателя наследуемости аллелей, связанных с риском солнечных ожогов и загаром, схожих с таковыми у алтайских неандертальцев, и увеличение этого эффекта у анатомически современных людей предполагает, что эти интрогрессированные аллели снижали защиту волос и кожи от воздействия ультрафиолетового излучения, что могло быть полезным приобретением для адаптации к жизни в более высоких широтах.
3. Отдельные признаки, такие как риск аутоиммунных заболеваний и количество лейкоцитов, имеют повышенную наследуемость неандертальских вариантов у людей современной анатомии, но не имеют направленного смещения в пользу какого-либо эффекта. Это может быть объяснено тем, что интрогрессия, вероятно, способствовала увеличению разнообразия черт, что было полезно, поскольку люди адаптировались к неафриканской среде.
4. Помимо вышеперечисленных, такие черты, как анорексия и шизофрения, демонстрируют снижение наследуемости среди интрогрессированных вариантов, но, в отличие от большинства черт со снижающимся показателем наследуемости, оставшиеся варианты неандертальцев имеют склонность к защитным эффектам. Авторы предполагают, что такой сценарий мог быть вызван отрицательным отбором, который удаляет большинство интрогрессированных аллелей, влияющих на признак, в сочетании с отбором для небольшого числа интрогрессированных защитных аллелей, которые имеют самую сильную корреляцию с защитной пользой от более сильных проявлений анорексии и шизофрении и соответствуют алтайским, а именно более древним неандертальским вариантам.
Таким образом, результаты работы выявляют различные сценарии отбора по отношению к неандертальским вариантам, связанным с различными признаками. Поэтому интрогрессированные варианты, которые остаются в геномах анатомически современных людей, являются результатом сложных селективных и демографических процессов после примеси.
Здесь стоит отметить, что в исследовании использовались данные биобанка Великобритании и, хотя в нём собрано довольно много образцов (около 500 тыс.), у людей из других регионов могут быть обнаружены неандертальские участки в других частях генома, а также со своим специфическим влиянием и отбором.
Нейросеть и архаичная примесь у современных людей
В другой научной работе, которая была опубликована в этом же году, авторы сообщили о поиске адаптивных участков архаичной примеси у современных людей при помощи свёрточной нейронной сети. В работе были использованы данные международного проекта 1000 геномов и меланезийские образцы для исследования вклада от денисовцев.
В результате, помимо ранее описанных аллелей, которые отчасти упоминаются в работе из первого раздела ролика, авторы отыскали кандидатов на адаптивную интрогрессию у европейцев, полученную от неандертальцев, в регионах ответственных за состав крови, включая количество тромбоцитов, эритроцитов и лейкоцитов.
А в качестве адаптивного вклада от денисовцев в геноме меланезийцев, авторы отметили области, содержащие гены, участвующие в развитии кожи, метаболизме, заболеваниях крови, как тромбоцитопения, к примеру, а также в подавлении опухолей и неврологических заболеваниях.
Группы крови неандертальцев и денисовцев
Ещё в одной работе авторы проанализировали группы крови неандертальцев и денисовцев, чтобы отследить истоки текущего человеческого разнообразия и обсудить аспекты здоровья и уязвимости архаичных популяций. Для этого были использованы ранее опубликованные высококачественные ядерные геномы от трех представительниц неандертальцев и одной денисовцев.
Группы крови или различные сочетания антигенов эритроцитов, являются мощными антропологическими маркерами. На сегодняшний день, международным обществом переливания крови зарегистрировано более 380 специфических групп крови, сгруппированных в 40 систем. При переливании обычно проводится тщательное исследование шести из них: AB0, Rh, Kell, Duffy, Kidd и MNS.
Географическое распределение фенотипов и генотипов отражает прошлые миграции человека и естественный отбор, а сравнение с приматами позволяет с точностью определить их эволюционную и миграционную траекторию.
В системе AB0 авторы обнаружили наиболее распространенные фенотипы, присутствующие в современных человеческих популяциях. Они представлены 0 (I) группой у денисовской девочки Денисова 3, A (II) у неандертальских женщин Денисова 5 и Чагырская 8 и B (III) у неандерталки Виндия 33.19.
Также анализ архаичных групп крови подтверждает африканские корни предков неандертальцев и денисовцев.
Помимо этого, новый частичный аллель гена RHD обнаруженный у неандертальцев из исследования, ранее в работе 2019 г. был описан как новый у коренного австралийца. Таким образом, этот полиморфизм не является новым вариантом в историческом смысле этого слова, поскольку он уже присутствовал около 100 тыс. лет назад у неандертальцев. При этом моделирование показывает, что этот аллель попал к современным людям от неандертальцев Леванта до 65 тыс. лет назад, а не от общего с ними предка.
Хотя для подтверждения предположения авторов потребуется дальнейший анализ, этот результат подливает масло в огонь дискуссий о событиях смешения между разными линиями людей, а также о раннем расселении Homo sapiens через Аравийский полуостров в сторону Австралии и Океании.
Анализ генов ABO и FUT2 подтверждает тот факт, что патогены сыграли важную роль в выживании и отборе генетических вариантов у современных и архаичных представителей рода людей. Так, наличие двух несекреторных полиморфизмов FUT2 у неандертальцев и денисовцев, которые на сегодняшний день не обнаружены у нечеловеческих приматов, придает большую устойчивость к некоторым вирусам, в частности с заметным сопротивлением инфекции которая является одной из основных причин острого гастроэнтерита во всем мире.
Хотя ген FUT2 мог развиться нейтрально у людей до отбора, учитывая, что гоминиды, вероятно, являлись носителями некоторых вирусов, норовирус или ему подобные могли существовать ещё 90 тыс. лет назад в Евразии, вызывая достаточную смертность у маленьких детей, чтобы выбрать два конвергентных аллеля FUT2.
Помимо вышеперечисленного, новое исследование подчеркивает неблагоприятные характеристики, которые могли привести к «демографической нестабильности». Эта нестабильность могла быть вызвана двумя факторами: низким генетическим разнообразием и возможным присутствием гемолитической болезни плода и новорожденного. Кстати здесь можно провести параллели с басками.
Действительно, большое количество общих аллелей в четырех архаичных геномах, несмотря на их географическое и временное распределение, может быть связано с инбридингом у неандертальцев, что, как известно, является источником низкой адаптивности. А в целом, эти процессы, в сочетании с конкуренцией с Homo sapiens за ту же экологическую нишу, могли способствовать ослаблению потомков до такой степени, что они погибали. И в итоге неандертальцы вымерли.
Профили групп крови выявили полиморфизм в локусе ABO, предковые аллели африканского происхождения, а также гаплотип резус-фактора, который в настоящее время изолирован в Океании, этот гаплотип, вероятно, сохранился со времён примеси с архаичными популяциями до их миграции в Юго-Восточную Азию.
Дополнительным вкладом является снижение изменчивости многих аллелей и возможное наличие гемолитической болезни плода и новорожденного. Всё это усиливает представление о высоком инбридинге, слабой демографии и плохом репродуктивном успехе поздних неандертальцев, что в свою очередь способствовало распространению нашего вида по всему миру.
Упомянутые работы приближают нас к пониманию сложных процессов эволюции людей и причин вымирания неандертальцев. Думаю, что продолжение долго себя ждать не заставит.
Новый вид людей или денисовцы? Homo longi и кратко Homo Nesher Ramla
В течение среднего и позднего плейстоцена несколько человеческих линий, очевидно, на уровне видов, сосуществовали с H. sapiens в Африке и Евразии. Эти вымершие представители рода людей включают H. heidelbergensis/H. rhodesiensis, Homo naledi, Homo floresiensis, Homo luzonensis, денисовцев, неандертальцев и Homo erectus. Филогенетическая связь между этими сосуществовавшими линиями и современными людьми давно обсуждается. И вот в нескольких научных статьях описан новый вид людей из Восточной Азии со своей уникальной историей эволюции.
А в самом конце, очень коротко упомяну и о находке из Израиля, она тоже многим интересна, но к сожалению само исследование закрытого типа.
История находки харбинского черепа
Череп, о котором сообщается в нескольких работах, предположительно был обнаружен ещё в 1933 году. Китаец (имя которого не разглашается), работавший в качестве подрядчика на японскую власть во время оккупации Харбина Японской императорской армией, обнаружил череп, когда команда его рабочих строила мост Дунцзянь недалеко от города Харбин на северо-востоке Китая.
Вероятно, в свете того, что за несколько лет до этого находка в 1929 году черепа Синантропа или пекинского человека вызвала огромный интерес, китаец, осознавая потенциальную ценность открытия, вместо того чтобы передать череп своему японскому боссу, закопал его в заброшенном колодце - кстати это традиционный китайский метод сокрытия сокровищ. После создания Китайской Народной Республики этот человек вернулся к сельскому хозяйству и сделал все возможное, чтобы скрыть свой опыт работы на японских захватчиков в качестве подрядчика. В связи с жизненными обстоятельствами у этого человека не было возможности раскопать свое тайное сокровище. Таким образом, череп оставался неизвестным общественности и науке в течение 85 лет. И только перед смертью китайца, его потомки узнали о тайном открытии своего предка и откопали окаменелость в 2018 году. Один из авторов статей Цян Цзи, узнал о черепе и успешно убедил семью пожертвовать образец в Музей Хэбэйского университета наук о Земле.
Результаты исследований
После некоторых анализов, авторы новых работ предложили признать обладателя харбинского черепа, представителем нового вида людей, а именно Homo longi.
Наименование вида происходит от провинции Хэйлунцзян и буквально означает «река черного дракона» - китайское название Амура.
Проверка первоначального места находки и датировка
Поскольку сама находка черепа вызывает массу вопросов и сомнений, авторы проверили соответствие частичек на черепе с отложениями в районе моста Дунцзянь. При помощи неразрушающего рентгенофлуоресцентного анализа харбинской находки и ряда окаменелостей млекопитающих, собранных из плейстоценовых отложений в районе Харбина, было показано, что череп и собранные окаменелости харбинских млекопитающих, вероятно, были захоронены и окаменели в одной и той же среде. Это же показало и соотношение редкоземельных элементов. Помимо этого, образцы отложений из носовой полости харбинского черепа и из керна у моста совпали по соотношению изотопов стронция.
Оптически стимулируемое люминесцентное датирование слоя дало диапазон от 138 до 309 тыс. лет. При этом после прямого датирования самого черепа по урановым сериям авторы установили минимальный возраст в 146 тыс. лет., помещая человека из Харбина в средний плейстоцен, рядом с челюстью из Сяхэ на северо-востоке Тибетского нагорья, возрастом около 160 тыс. лет, останками из Чинньюшан, возрастом ≥200 тыс. лет, черепом из Дали, провинции Шэньси, возрастом 327–240 тыс. лет и фрагментами черепа из пещеры Хуалундун, возрастом 345–265 тыс. лет. В эти возрастные рамки также вписываются ранние сапиенсы Африки и Ближнего Востока. Кстати новая находка из Израиля немного моложе по возрасту.
Описание и филогенетическое положение
Харбинский череп не деформирован и почти не поврежден, хотя и с единственным большим сохранившемся зубом - вторым моляром. Череп довольно крупный, его внутренний объём оценивается около 1420 см3, попадая в диапазон сапиенсов и неандертальцев, превышая объём других представителей рода людей, таких как эректусы (H. erectus), наледи (H. naledi), человека флоресского (Homo floresiensis) и даже некоторых представителей гейдельбергского/родезийского человека (H. heidelbergensis / H. rhodesiensis).
Череп явно архаичный, относительно длинный, низкий и менее округлый чем у современных людей. Лобная кость отступает, а теменная равномерно изогнута. В принципе череп довольно объёмно описан, но учитывая, что смотреть обзор будут не специалисты, я, пожалуй, опущу описательную часть с кучей терминов и сразу перейду к его сравнению с другими древними евразийскими черепами, которое выполнено по сотням признаков.
Обширный филогенетический анализ поддерживает монофилию (или происхождение всех представителей таксона от одного общего предка) для неандертальцев и монофилию для H. sapiens. Образец Джебель Ирхуд 1 из Марокко образует самую базальную операционную таксономическую единицу (OTU) на ветви H. sapiens, а череп из Сима де лос Уэсос Испании представляет самую базальную операционную таксономическую единицу на ветви неандертальцев, что согласуется с другими современными исследованиями. Новый образец из Харбина и нижняя челюсть Сяхэ группируются вместе, а совместно с образцами Дали, Хуалундун, Чинньюшан, частичным черепом человека-предшественника, верхней челюстью из Рабата в Марокко и черепом Элие-Спрингс Кении, образуют отдельную монофилетическую группу, сестринскую к сапиенсам.
Примечательно, что по челюсти из Сяхэ благодаря протеомному анализу белка было определено, что её обладатель был тесно связан с денисовцами из алтайской пещеры «Homo sapiens altaiensis» или «Homo altaiensis». В добавок, единственный сохранившийся зуб харбинского человека, также соответствует известным денисовским коренным зубам по размеру и морфологии корня. А с момента открытия денисовцев азиатские образцы среднего плейстоцена, такие как Дали, Чинньюшан и Суйцзияо, предположительно представляют восточноазиатскую популяцию денисовцев. Но, как и упоминается, новые образцы и анализ ДНК могут прояснить ситуацию в будущем. Однако здесь назревает вопрос, как будут называться денисовцы, если эта связь подтвердиться?
Кстати, по биогеографическим моделям ареал предкового распространения групп Homo longi, Дали, Чинньюшан, Сяхэ и Хуалундун, скорее всего, находится в Азии. А область предков клады харбинца и сапиенсов, скорее всего, находится в Африке, что очередной раз подтверждает идею о том, что Африка является центром происхождения H. sapiens.
Реконструкция внешности
Параметры харбинского черепа позволяют предположить, что он, вероятно, был мужчиной. А особенности строения для стандартов сапиенсов указывают на возраст 50 лет, но износ зубов свидетельствует о более молодом возрасте. На единственном сохранившемся моляре всё еще присутствует большая часть эмали. Он был с глубоко посажеными глазами и выпуклым носом. Расширенная околоносовая область и относительно выступающая средняя часть лица сочетаются с плоскими и короткими щеками, как у современных людей.
Следы от зубов свидетельствуют о том, что у человека, вероятно, были довольно большие передние зубы и широкий рот. И хотя нижняя челюсть у Homo longi отсутствует, согласно филогенетическому анализу он близок к обладателю челюсти Сяхэ вероятному представителю денисовцев из пещеры Байшия, поэтому авторы дополнили облик древнего жителя челюстью без подбородка как у челюсти с Тибетского плато. Тон кожи и цвет волос без генетических анализов трудно восстановить, но доступные данные предполагают, что неандертальцы, денисовцы и ранние сапиенсы обычно имели относительно темную кожу, как и цвет волос и глаз. Но учитывая высокую широту происхождения харбинского черепа, авторы реконструкции решили сделать кожу менее тёмной.
А в заключении можно сказать, что череп из Харбина, при этом не важно, как учёные его назовут в будущем, на данный момент является одним из наиболее хорошо сохранившихся из всех архаических человеческих окаменелостей среднего плейстоцена. Его обладатель жил во времена, когда уже жили неандертальцы, денисовцы и эволюционировали ранние сапиенсы. Череп довольно крупный по размеру, а его отличительное сочетание черт свода черепа и лица отличает его от сапиенсов с неандертальцами, а также от более ранних видов гейдельбергского/родезийского человека. Вместо этого Homo longi демонстрирует наибольшее сходство с китайскими окаменелостями среднего плейстоцена, такими как Дали, Хуалундун и Чинньюшан. Что подтверждается и филогенетическими анализами, которые группируют эти окаменелости вместе как часть сестринской группы к сапиенсам. Но анализ также предполагает потенциальную связь между харбинским черепом и нижней челюстью Сяхэ, приписываемой денисовцу. Поэтому вполне возможно, что по поводу названия денисовцев в скором времени можно ожидать споры. Но это, скорее всего, после новых находок.
Помимо прочего северное расположение Харбина также имеет значение для адаптивных способностей человека в среднем плейстоцене, поскольку даже в нынешнее межледниковье в этом регионе зимние температуры в среднем составляют более 16 °C ниже нуля. Судя по размеру черепа, сам человек был довольно крупным, что указывает на физическую адаптацию к таким условиям. Сосуществование нескольких линий Homo в течение среднего и позднего плейстоцена в Азии, вероятно, связано с ее разнообразной палеосредой (от пустыни Гоби, тропических лесов и прибрежных равнин до Тибетского нагорья), что создало разнообразную биогеографическую основу для эволюции людей.
Homo Nesher Ramla
Однако не только в Восточной Азии кипела жизнь. Как и упомянул в начале статьи, авторы другой работы, обнаружили свидетельства существования ранее неизвестной архаической популяции людей на территории современного Израиля, недалеко от Тель-Авива. Находку в карстовой впадине стоянки Нешер Рамла, которую невозможно отнести к какому-либо известному виду, датировали от 140 до 120 тыс. лет. А всесторонний качественный и количественный анализ теменных костей, нижней челюсти и второго нижнего моляра показал, что эта группа Homo характеризуется отличительной комбинацией неандертальских и архаичных черт.
Авторы работы предполагают, что эти образцы представляют собой поздних выживших в Юго-Западной Азии представителей архаичной популяции людей, появившейся ещё около 400 тыс. лет назад и которая, скорее всего, участвовала в эволюции людей среднего плейстоцена в Европе и Восточной Азии.
Комплексы каменных орудий, образцы фауны и другие данные о поведении и окружающей среде, связанные с этими окаменелостями показывают, что эти древние люди полностью освоили технологии, которые до недавнего времени были связаны либо с Homo sapiens, либо с неандертальцами.
Человек, названный Homo Nesher Ramla, был умелым охотником на крупную и мелкую дичь, использовал дрова в качестве топлива, готовил или запекал мясо и поддерживал огонь. Находки из Израиля обеспечивают археологическое подтверждение культурных взаимодействий между различными человеческими линиями в период среднего палеолита, предполагая, что к этому времени уже произошло смешение между разными линиями рода людей среднего плейстоцена и сапиенсами.
А в целом находки из Западной и Восточной Азии демонстрируют насколько сложными и разнообразными были эволюционные процессы в прошлом.
Еженедельный выпуск новостей науки: новое про хромосомы и генный драйв
Каждую неделю мы собираем самые интересные, на наш взгляд, новости из мира науки. И в этом выпуске: что мы не знали про хромосомы, почему некоторые люди постоянно щёлкают языком, каков текущий рекорд по управляемому термояду, зачем выпускать на волю диких комаров анофелесов и как враги наших врагов спасают пчёл.
Содержание ролика:
00:00 Лучшие новости науки на QWERTY
01:10 Поставлен новый рекорд удержания высокотемпературной плазмы
02:56 Ученые нашли способ контролировать генный драйв
05:33 Эхолокацию можно освоить
08:13 Масса хромосом оказалась неожиданно большой
09:43 Ученые адаптировали грибок для спасения пчёл
11:59 Лучшая новость предыдущего выпуска
(все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе. Короткая текстовая версия ниже)
Поставлен новый рекорд удержания высокотемпературной плазмы
Китайцы на своем токамаке EAST обновили рекорд по времени удержания плазмы. Токамак это тороидальная камера с магнитными катушками, призванная зажечь термоядерное Солнца на Земле, т.е. удерживать раскаленную до сотен миллионов кельвинов плазму в магнитном поле так долго, чтобы энергии от термоядерного синтеза произвелось больше, чем было затрачено на разогрев и удержание плазмы. EAST работает с 2006 года, и это относительно небольшой реактор, большой радиус камеры, в которой происходит реакция, у него всего 1,7м. Он построен на полностью сверхпроводящей системе на ниобий-титановых проводниках, и уже успел поставить несколько рекордов в прошлом. Очередной рекорд заключается в следующем: плазму с температурой в центре плазменного шнура в 120 миллионов кельвинов удерживали в стабильном состоянии на протяжении 101 секунды, ток при этом был более 500 килоампер. А вот плазму с температурой 160 миллионов кельвинов держали 20 секунд. Для промышленного использования, этого, конечно, всё ещё мало. Параметры, при которых получен этот рекорд, т.е. методики контроля плазмы и устранений неустойчивостей, способы нагрева плазмы и использованные материалы, да и вообще вся работа EAST, весьма полезны для проекта ITER во Франции. Напомним, что ITER, при большом диаметре бублика в 19 метров, полной массой в 23 тысячи тонн, целится на 400 секунд плазмы в 150 миллионов кельвинов и 20 с лишним миллиардов евро.
Ученые нашли способ контролировать генный драйв
Одна из причин, по которой ученые массово не применяют технологии генного драйва - это хтонический ужас невозможности сделать CTRL-Z, отмену. Подумайте сами, какие могут быть последствия у замены конкретного набора генов в целой популяции животных в дикой природе? Да любые! В обычной ситуации, измененный при помощи CRISPR ген не распространяется по популяции по законам наследования, потому что существует всего 50% вероятность наследования. Но если ученые применяют метод генного драйва, изменяют ген таким образом, что вероятность наследования становится 100%, то измененный ген вскоре захватывает всю популяцию. Огромный соблазн, конечно, изменить сразу всю пшеницу, чтобы она приносила больше зерна или наградить всех комаров анофелесов геном, препятствующим переносу малярийного плазмодия, и спасать 2,7 млн жизней ежегодно. Для этого достаточно выпустить одного комара-носителя особой генной модификации, это называется мутагенная цепная реакция. Да так можно даже уничтожать целые виды. Но, если честно, поджилки трясутся от возможных последствий побегов лабораторных животных с такими генами или открывающихся возможностей для биотерроризма. В недавней работе ученые представили методику генного драйва со встроенным генетическим ограничителем, который устанавливает контроль над процессом. Статья описывает разработку механизма под названием SPECIES (Synthetic Postzygotic barriers Exploiting CRISPR-based Incompatibilities for Engineering Species) на примере мух дрозофил. Идея проста. В дикой природе если несколько особей окажутся территориально разделенными с основной популяцией, они понемногу могут эволюционировать в новый вид. Но их потомки, вернувшиеся восвояси и спаривающиеся с особями первоначального вида, скорее всего дадут нежизнеспособное потомство. Зовите это постзиготической репродуктивной изоляцией. SPECIES дрозофил создавали при помощи CRISPR как раз на основе этой идеи - спаривание с особями из дикой популяции даёт нежизнеспособное потомство. Т.е. SPECIES дрозофилы могут контролируемо распространяться, отвоёвывая себе пространство и заменяя часть дикой популяции, но в то же время никакого видообразования и распространения их генома в дикую популяцию не происходит. И, например, если такое проделать со SPECIES комарами анофелесами, то всегда есть возможность откатить назад процесс, ограничивая модифицированную пороговую популяцию и удерживая ее на уровне ниже 50%. Как? Да просто добавьте обычных диких комаров в природу в случае необходимости.
Эхолокацию можно освоить
Среди всех курсов и тренингов в этом мире есть один, который, я бы попробовал с удовольствием. Жаль, тренеров маловато.
Эхолокация у животных обычное явление, дельфины и летучие мыши не вызывают какого либо удивления. Чуть более необычно то, что некоторые люди способны на почти такие же достижения. Например Дэниел Киш не только может сказать, что перед ним сооружение с крышей или обнаружить столб, он может ездить на велосипеде, пощелкивая языком и создавая вокруг себя картину на основе отраженного от объектов звука. Картину мира ему создают вот такие щелчки. Да, Дэниел абсолютно слеп. И он не один такой, даже начинающие эхолокаторщики могут обнаружить стену на расстоянии метров в 30. И вот впервые ученые решили разобраться в том, как приобретается это умение. Они набрали добровольцев из числа слепых и зрячих, ранее не занимавшихся эхолокацией, и прогнали их через 10-недельную обучающую программу. Результаты обучения, а все были достаточно впечатляющими, не зависели от возраста или, как ни странно, от зрения или его отсутствия. Но среди слепых отмечалось значительное улучшение мобильности и 83% отметили улучшение качества жизни.
Кстати, ученые на полном серьезе заявили, что некоторые люди неспособны на эхолокацию, потому что считают щелканье на публике неприличным. Святые, конечно, люди.
У добровольцев получалось определять расстояние до близких объектов, их перемещение и размер. Они могли ориентироваться в пространстве. Это возможно благодаря тому, что человеческий мозг удивителен своей нейропластичностью и способностью адаптироваться под необычные обучающие стратегии. Для достижения результатов эхолокации ему приходится значительно меняться, чтобы перерабатывать информацию от органов чувств весьма несвойственным ему образом. В общем, похоже, этот метод вполне подходит для реабилитации пациентов со слепотой или намечающимся ухудшением зрения.
Если найдёте, где записаться в бэтмены, напишите, пожалуйста. Ночью ходить по квартире удобно будет.
Масса хромосом оказалась неожиданно большой
Впервые ученые измерили массу хромосом. Масса ДНК, содержащейся в хромосомах, определяется вполне легко - мы знаем количество пар нуклеотидных оснований, 4 раза по 3,5 миллиарда, и их массу еще с Проекта Геном человека. Но, как неожиданно выяснилось, масса 46 хромосом оказалась в 20 раз тяжелее ДНК. Вес хромосом - 242 пикограмма, а пикограмм это триллионная грамма. Можно подсчитать количество клеток в организме человека и сказать, какая часть нашего веса приходится на хромосомы, но, пожалуй, не в этой рубрике. Такая разница в массе между ДНК и хромосомами объясняется тем, что в хромосомах содержатся разнообразные белки, которые нужны и для чтения ДНК, и для регуляции процессов деления клетки, и для упаковки двухметровой цепочки в компактный объем. Но ученые ожидали, что масса все же будет гораздо меньше, а это значит, что в состав хромосом входят компоненты, о которых мы всё ещё не знаем и которые предстоит найти. Измерение проводили при помощи рентгеновской птихографии, как раз в прошлом ролике мы рассказывали об этом методе. Хромосомы находились в состоянии метафазы, т.е. перед тем, как разделиться.
В общем, ученые открыли потенциальное белое пятно в карте нашего организма. Дальнейшее изучение может найти что-то полезное для человеческого здоровья.
Ученые адаптировали грибок для спасения пчёл
Учёные уже пару десятилетий бьют тревогу - пчёлы вымирают. Виноваты тут люди, распыляющие пестициды неоникотиноиды, губительные для пчёл, и паразитические клещи варроа, обожающие тепло пчелиных ульев. Травить клещей особо не получается, потому что химикаты действуют и на пчёл, да и сами клещи умеют адаптироваться к ним.
Клин по идее можно было бы выбить клином, натравив на паразитов их собственных паразитов. Такие есть - это грибок метархизиум.
В видеоролике выше можно увидеть как он разбирается с тараканом. С клещём он тоже мог бы справиться, если бы не одно но. Он ненавидит тепло пчелиных ульев. Как оказалось, это не проблема. Нужно просто заставить грибок адаптироваться к 35 градусам. Для этого нужно дать грибку пероксид водорода, потому что он повышает вероятность изменений генома, это мутаген наряду с колхицином, большим зелёным мутагеном, нитратами и многими другими. А затем нужно постепенно повышать температуру окружающей среды и отбирать те клетки грибка, которые выжили. И так несколько раз. Хватило 7 итераций, чтобы поднять их выживаемость в тепле до 70%.
Вот только эти грибки стали очень плохо заражать клещей. Только 4% клещей погибли. Все труды насмарку… нет, ведь у нас уже есть алгоритм!
Нужно взять те грибки, которые убили этих клещей, и продолжать их терроризировать мутагенами, отбирая лучших из лучших в каждом раунде мутаций. В общем, таким образом смертоносность грибка для клещей подняли до 60%. В итоге эффективность этого метода сравнялась с эффективностью щавелевой кислоты - одного из биопестицидов.
Враг моего врага в конце концов. Грибок для моего клеща. Так что до состояния мира Интерстеллара мы доберёмся не из-за гибели пчёл, наверное, а из-за чего-то другого.
Стрелы со взрывающимся наконечником: Рэмбо наших дней
Канал FullMag продемонстрировал, на что способна стрела с наконечником, начиненным взрывчатой смесью.
Лук и стрелы, начиненные взрывчаткой - грозное оружие Джона Рэмбо, героя знаменитой на весь мир серии фильмов о нелегкой судьбе ветерана Въетнамской войны. Канал FullMag решил проверить, возможно ли с помощью станка и реагентов изготовить это экзотическое оружие, а также выяснить, насколько разрушительным оно окажется в реальной жизни.
В отличие от мира кино, в реальности взрывчатые стрелы - это скорее крайняя мера, нежели по-настоящему эффективное оружие. Они небезопасны для стрелка, плохо сбалансированы и способны преодолевать лишь небольшие дистанции - в противном случае шанс промахнуться мимо цели возрастает с каждым преодоленным метром.
Впрочем, стоит отдать должное: даже если подобная стрела и промахнется мимо цели, она с легкостью вызовет светошумовое оглушение даже у группы противников. Этого хватит, чтобы провести отвлекающий маневр или, к примеру, воспользоваться более современным оружием. Так что, при всех своих недостатках, в самой тяжелой ситуации пиротехнические стрелы и в самом деле могут спасти жизнь бойцу - следует лишь выбрать подходящий момент.
Мы теряем мозг: почему выживает глупейший
Происхождение человеческого мозга относится к главным загадкам эволюции и к одной из наиболее дискуссионных тем в биологической науке. Почему в какой-то момент времени эволюция поддержала развитие мозга у одной из ветвей приматов? Почему мозг так стремительно вырос за столь короткий период? И почему в течение 30 000 лет мозг homo sapiens постоянно теряет в весе?
Чтобы ответить на эти вопросы, придется обратиться к интересным метаморфозам, происходившим с древнейшими предками человечества миллионы лет назад. До появления человека эволюция совершалась традиционным способом. «Топливо» эволюции — полиморфизм, вариабельность, изменчивость внутри одного вида. Если внешние условия обитания не изменялись, признаки вида сохранялись более-менее консервативно, если же условия претерпевали изменения, то полиморфизм позволял выжить тем существам, у которых оказывались более пригодные для изменившихся условий качества. А вот когда изменчивость признаков не перекрывала изменившихся условий, популяция вымирала. Естественный отбор — это вечное противостояние множественности признаков и давления среды. Сумели животные отыскать себе еду — хорошо, не сумели — вымерли. Есть возможность размножаться — хорошо, нет — все опять же вымерли.
Лобная доля, ставшая морфологической основой человеческого интеллекта, изначально имела задачу торможения животных инстинктов.Только благодаря любной доле человек способен отказаться от еды, поделившись ею с ближним и поддержав тем самым отношения внутри социума. И этому есть одно простое доказательство.Все знают, что некоторые дамы, слишком сильно озабоченные похудением, стараются есть как можно меньше, и при достижении веса около 40 кг у них нередко начинается болезнь под названием анорексия. Больных анорексией заставить есть практически невозможно, и современная медицина бессильна помочь этим несчастным. В итоге эти женщины безвременно уходят из жизни. Зато лет 60 назад, когда медицина была не столь гуманной, больным анорексией вводили острый скальпель в нижнюю часть височной области и отсекали лобную долю. Через некоторое время у пациенток восстанавливался аппетит и менструальный цикл и они возвращались к нормальной жизни. Ну или почти нормальной. Та часть мозга, которая вопреки животным инстинктам давала нам возможность отказаться от еды, переставала работать и мысль о неприятии еды человека больше не посещала. Лобная доля поддерживала общественные связи у древних гоминид. Кто оказывался не способен делиться едой, того съедали самого или изгоняли. Поэтому всего за несколько миллионов лет лобные области мозга очень быстро выросли и однажды стали основой разума.Человек — естественная часть природы, и долгое время эволюция человеческого мозга шла по тем же биологическим законам. Шла она не то чтобы очень быстро, да и само появление приматов (около 65 млн лет назад) нельзя считать какой-то вершиной эволюции — это не что иное, как приспособление млекопитающих к жизни на деревьях. Настоящая человеческая история в обезьяньем мире началась в тот момент, когда возникли необычные условия, то есть та самая переходная среда, которая в корне изменила характер эволюции человеческого мозга. Понятно, что ни с того ни с сего столь серьезные перемены, приведшие в конечном итоге к появлению homo sapiens, произойти не могли. Чтобы объяснить причину этих революционных преобразований, масса теоретиков склоняется к разным формам так называемой речесоциально-трудовой теории. Дескать, человек стал общаться, стал трудиться, и тогда мозг начал радикальным образом меняться. Однако эта теория не выдерживает даже поверхностной критики. Сейчас известно много видов животных, использующих орудия, системы сложных коммуникаций и развитую структуру сообществ, но это так и не привело к появлению крупного мозга. Так что же произошло?РАЙ НАХОДИЛСЯ В АФРИКЕ.Судя по всему, архетип человеческого мозга сформировался в определенной уникальной среде в результате длительного биологического процесса. В какой-то момент времени, примерно 15 млн лет назад, на востоке Африки сложились очень благоприятные условия для жизни любых млекопитающих. Тогда в субтропиках или в тропиках, в полузатопленных местах, в неглубоких проточных водоемах в огромных количествах размножались какие-то вкусные и питательные животные — беспозвоночные или рыбы. На этих существах паразитировало огромное количество птиц и других животных. Среди последних и оказались наши далекие предки — тогда они были чуть поменьше современных шимпанзе. И в наши дни в Норвегии можно увидеть, как во время нереста сельди медведи заходят на задних лапах вводу и, стоя там по грудь, черпают лапами икру и едят ее, пока не насытятся. Вот и нашим предкам достаточно было войти в воду и слегка почерпать лапками, чтобы наесться.Такой полуводный образ жизни, кстати, хорошо объясняет происхождение двуногости. Понятно, что чем дальше животное может зайти в воду, тем больше оно сможет собрать там пищи. Но заходить на глубину на четвереньках неудобно, поэтому и норвежские медведи, и многие современные приматы вступают в воду, стоя на двух ногах. При этом передвижение на двух ногах освободило передние конечности, которые тоже пригодились. Поскольку, как уже говорилось, водные животные стали обильной пищей птицам, последние активно размножались, а значит, несли яйца. Чтобы доставать яйца из гнезд и употреблять в пищу, предкам человека нужны были руки.Если фрукты для лазящих животных легкодоступны, то получение белковой пищи дается приматам с большим трудом. В погоне за мясом современные обезьяны охотятся даже на других обезьян. А вот в «африканском раю», сложившемся 15 млн лет назад, с высококачественной белковой пищей у тогдашних приматов не было никаких проблем: икра и птичьи яйца находились почти на расстоянии вытянутой руки. Все это привело к формированию группы животных, практически выпавших из системы отбора: зачем меняться, если условия среды близки к райским? Однако, как известно, при избытке пищи животных вообще ничего не интересует, кроме размножения. Обилие еды, таким образом, усилило конкуренцию при размножении и, как следствие, стало причиной гонки за доминантность.МЫСЛЬ ИЗРЕЧЁННАЯ ЕСТЬ ЛОЖЬОдним из последствий сложившейся ситуации стала речь, которая, по-видимому, зародилась как раз в «райский» период. Речь могла возникнуть как способ организации совместных действий, а начиналась, возможно, с простых звуков или, например, пения, как у современных гиббонов. Кстати, у гиббонов в мозге есть такие же поля, как и в мозге человека, и именно там у нас локализуется речь. Далее на этой базе уже возникла речь, используемая не как средство общения, а как средство имитации. Можно было впечатлить самку реальными успехами на охоте и обильной добычей, что добавляло самцу привлекательности, увеличивая шансы на передачу своего генома будущим поколениям. А можно было ей об этом просто рассказать и заполучить в ее глазах те же лавры победителя, не прилагая реальных усилий. В биологическом мире все поддерживается именно в такой пропорции: чем меньше действий и больше биологического результата — тем эффективней событие. Поэтому имитация действия с помощью речи стала бесценным качеством у архаичных антропоидов. Речь стала выгодным продуктом, и на нее начал действовать интенсивный отбор, поскольку она позволяла достигать результата в размножении. По сути дела, речь возникла как форма обмана, а обман был эффективен и тогда, и в наши дни.
На схеме отчетливо видно, что мозг австралопитека, считающегося непосредственным предком человека разумного, заметно уступал по весу и объему мозгу современной гориллы. Но уже homo erectus значительно опередил по объему мозга человекообразных обезьян: 900–1200 см^3 против 600 см^3.Итак, пока в райских условиях пищи хватало с лихвой, естественный отбор практически не действовал, работал разве что половой отбор, о котором говорил Дарвин. Все изменилось тогда, когда изменились места нереста водных животных, сформировавших эту переходную среду. И примерно 5 млн лет назад бедные антропоиды остались у разбитого корыта. Пища исчезла. Что у наших предков было в активе? Зубы, которые уже стали почти человеческими? Этими зубами даже ничего толком откусить нельзя. Они были гиперспециализированы под качественную и легко пережевываемую белковую пищу. Есть и другие объяснения возникновению человеческих зубов — некоторые антропологи считают, что они трансформировались тогда, когда антропоиды слезли с деревьев и ушли в полубуш, чтобы вырывать из земли и поедать корешки. Но мало того что на зубах человека нет никаких следов их якобы использования для перетирания корешков — не понятно и то, зачем было слезать с деревьев и отказываться от плодов в пользу корнеплодов.ХАЛЯВА КАК НАРКОТИКВопреки распространенным взглядам, интеллект сам по себе в современном обществе никаких особых преимуществ не дает. Любая умственная деятельность лишь тогда приносит результаты, когда имеет под собой биологическую «подложку», три главных стимула – еда, размножение, доминантность. Без стимулов мозгу работается тяжело. Мозг является энергозависимой системой, и он настроен на то, чтобы ничего не делать. Ведь даже пока человек расслаблен, мозг, составляющий 1/50 веса тела, потребляет 9% энергии организма. Как только мы задумываемся, энергопотребление повышается до 25% энергии. Четверть от всего, что мы вдохнули, съели и выпили. Поэтому мозг поощряет безделье и получение благ без умственных затрат. Неожиданно свалившиеся деньги, ужин в ресторане за чужой счет, приятный подарок – все это наполняет нас светлой радостью. Это мозг насытил кровь серотонином – «гормоном счастья», лишь на одну аминогруппу отличающимся по химическому составу от ЛСД. Но если мы решили заработать честным интеллектуальным трудом и напрягли мозг, он проявляет недовольство и начинает вырабатывать совсем другие вещества. Они вызывают в нас раздражение, преждевременную усталость, желание срочно попить, поесть, сходить в туалет. Лень мозга может стать причиной реального расстройства кишечника. Мозг как бы говорит нам: бросай работу и займись поиском бесплатных благ.Что там зубы — у вышедших из «рая» предков человека не было ни когтей, ни быстрых ловких ног, ни шерсти, которая исчезла, видимо, благодаря полуводной среде обитания. С таким печальным наследством большая часть антропоидов, конечно же, вымерла, но остальные стали использовать единственный свой ресурс, на который не действовал отбор, — мозг. Тут-то и началась биологическая эволюция человека.ИШЬ ТЫ КАКОЙ УМНИК!И она пошла по очень интересному пути. Когда разные группы австралопитеков занялись поиском пищи, на них впервые стал действовать биологический отбор. И тогда они стали объединяться в большие группы и утрачивать те биологические качества, которые позволяют выживать отдельным животным. Теперь отбор благоприятствовал лишь тем, кто мог существовать в группе. Они-то и выживали, размножались и переносили геном в следующие поколения. А кто не мог — из такой группы элиминировался. Мы и сейчас видим это на примерах человеческих общностей, которые ради сохранения среднего уровня отношений отбрасывают как «корешки», так и «вершки», то есть избавляются как от социопатов, так и от самых способных и талантливых. В общностях австралопитеков этот процесс шел полным ходом, и принудительная элиминация самых буйных и самых умных привела к миграциям с прародины человечества — Африки.Если разложить по этапам историю миграции человека из Африки, то получается следующая картинка: асоциальные и наиболее интеллектуальные особи мигрировали, создавали новую оседлую группу, и в этой оседлой группе мозг оказывался в среднем больше, чем у членов исходной группы. Затем новая группа становилась более социально стабильной, а всех, кто разрушал стабильность, — опять «вышибали», они опять мигрировали и образовывали за счет высокого полиморфизма новую группу. И при каждой следующей миграции мозг чуть-чуть увеличивался. Сначала группы «изгоев» путешествовали по Африке. Представители homo erectus уже заселили Евразию. Все это время мозг продолжал расти. Если мы посмотрим на антропогенез в той его части, где он хорошо палеонтологически и археологически представлен, то окажется, что на протяжении эволюции каждого вида гоминид мозг непрерывно увеличивался. В частности, у homo erectus он первоначально весил около 900 г, но постепенно вырос до 1200 г.
АЛЬТРУИСТИЧЕСКИЙ ИНТЕЛЛЕКТ Получается, что в стабильной социальной группе любых ранних и поздних гоминид действовал непреложный закон искусственного отбора. И именно в этом заключена квинтэссенция эволюции мозга человека.
Никакой эволюции и естественного отбора не хватило бы, чтобы всего за 4,5 млн лет наш мозг проделал путь от мозга шимпанзе к мозгу homo sapiens. Но если происходит селекция по социальному принципу, эволюция невероятно ускоряется. Благодаря жесточайшему внутреннему искусственному отбору.Вот вопрос: что трудно отнять даже у любимой собаки? Конечно, вкусную еду — кусок колбасы или косточку. В животном мире пищей не принято делиться — наоборот, животные стараются отнять еду друг у друга любым способом. Украл — значит, наелся, наелся — значит, получил преимущество в размножении. В человеческом же социуме едой принято делиться. И вот, как выяснилось, нижняя часть лобной области человеческого мозга потребовалась нам для того, чтобы мы могли отказаться от пищи. Иными словами, лобная область, считающаяся морфологической основой интеллекта, исторически развивалась не для того, чтобы думать о высоком или играть в шахматы. Не было в те далекие времена ни «высокого», ни шахмат. Главной задачей этой части мозга стало торможение животных инстинктов. Ибо только делясь едой, можно было поддержать взаимодействие и общение в группе.ПЛОД ПИРРОВОЙ ПОБЕДЫЧеловечество расселялось по планете, наращивая объем мозга, и наконец на историческую сцену вышли две крупные группы — неандертальцы и кроманьонцы. У представителей обеих групп мозг достиг огромного размера — 1560−1600 г. Однако при том что мозг по массе был одинаков, стратегия поведения и результаты отбора оказались разные. Неандертальцы были мощными, сильными, умными существами, которые селились очень маленькими семьями. Они придумывали орудия и вообще, возможно, были более интеллектуальными, чем homo sapiens sapiens. Но отбор, связанный с поддержанием бесконфликтных ситуаций в группах, на них не действовал. А кроманьонцы, похоже, были туповатыми, ограниченными, но их мозг прошел больший путь социализации. Жестокий отбор приспособил их к общественному образу жизни. Каков же оказался результат конкуренции? Когда на трех жуков нападает банда муравьев, она их уничтожает. Примерно так же кроманьонцы расправились с неандертальцами. И дальше мы, сапиенсы, пожали печальные плоды своей победы. 30 000 лет назад социальный отбор, который тогда, в условиях конкуренции, требовал колоссальных усилий со стороны сапиенсов, прекратился. И ситуация вернулась в каком-то смысле к началу пути: ускорился отбор людей по социальной адаптированности, только теперь отдельные слишком умные «изгои» не могли повлиять на ситуацию — общество стало слишком большим. А безынициативные особи с посредственными данными, способные к плодотворному общению и коллективным действиям, получали преимущество. Кто мог выполнять правила игры в группе, какими бы они ни были идиотскими, получал возможность размножиться и перенести геном в следующее поколение. Кто нарушал правила — тот не размножался. Так мозг постепенно и уменьшился с 1600 до 1300 г, и надо сказать, что подобный регресс не наблюдался ни у одного вида за всю историю гоминид.
Есть ли у мозга шансы на биологический прогресс? Скорее всего нет, по крайней мере до тех пор, пока действие биологического отбора будет подменяться искусственным социальным отбором. Преференции получают наиболее общественно адаптированные люди, а наличие маленького мозга в большинстве случаев им не мешает.