Древняя ДНК раскрывает адаптацию ранних европейцев на заре сельскохозяйственной революции

Исследователи из Техасского университета в Остине и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, применив уникальный статистический анализ к древней ДНК из человеческих останков, выявили новые данные о том, как древние европейцы адаптировались к окружающей среде на протяжении более 7000 лет истории. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

"Изучение древней ДНК позволяет нам заглянуть в прошлое, отслеживая эволюционные изменения непосредственно в исторических популяциях", — говорит ведущий исследователь Вагиш Нарасимхан. — "Мы выявляем генетические сигнатуры, которые были в значительной степени стерты или скрыты в современных геномах".

Учёные изучили более 700 образцов из археологических памятников по всей Европе и на части территории современной России. Образцы охватывают период от неолита (около 8500 лет назад) до позднеримского периода (около 1300 лет назад).

Исследователям удалось обнаружить следы естественного отбора — признаки генетической адаптации к давлению среды, — которые не обнаруживаются в ДНК современных европейцев. Это даёт окно в далёкое прошлое и показывает, как полезные для выживания и благополучия генетические признаки могут исчезать со временем.

Изучение современных генетических образцов сталкивается с трудностями в обнаружении древних событий естественного отбора. Его следы в геноме могут стираться за поколения из-за рекомбинации (перемешивания сегментов ДНК), генетического дрейфа (случайных колебаний частоты генов) и смешения популяций.

Древняя ДНК даёт прямой взгляд на геномы людей, живших ближе ко времени этих событий, позволяя наблюдать эволюционные изменения до того, как они были утрачены.

Команда использовала новый статистический подход, специально подходящий для анализа древней ДНК, что позволило эффективнее обнаруживать признаки естественного отбора. Образцы были разделены на четыре временных периода: неолит, бронзовый век, железный век и исторический период. Это позволило отследить генетические изменения в ответ на смену образа жизни, например, переход от охоты и собирательства к земледелию.

"Наш метод даёт более чёткую картину того, как и когда отбирались определённые признаки, особенно если эти сигналы были потеряны в современных геномах", — сказал Деванш Пандей, соавтор исследования.

Изучая адаптацию человека при переходе к сельскому хозяйству и развитии государственных обществ, исследователи наблюдали, как менялись гены, когда люди стали жить ближе друг к другу и к одомашненным животным.

Всего в исследовании было идентифицировано 14 регионов генома, которые, по-видимому, подверглись значительному естественному отбору в эти периоды.

• Гены, связанные с производством витамина D и усвоением молока (лактозная переносимость), показали сильные признаки отбора, но только в самые поздние периоды. Светлая пигментация кожи, вероятно, помогала ранним земледельцам производить витамин D в менее солнечном климате, а способность переваривать молоко животных позволила использовать его как источник питания после распространения молочного животноводства в Европе.
  • "Возможно, эта способность переваривать молочные продукты была важна для выживания в периоды неурожая, нехватки пищи и болезней", — отметил Нарасимхан.
• Гены, связанные с иммунитетом, подвергались давлению отбора в течение нескольких периодов, вероятно, по мере адаптации древних популяций к новым болезням, распространявшимся с развитием земледелия и последующими миграциями.

Интересно, что около половины этих адаптивных сигналов были обнаружены только в самые древние периоды, а позже исчезли из-за генетического дрейфа или были скрыты интенсивным смешением популяций.

Это исследование даёт беспрецедентный взгляд на то, как европейские популяции адаптировались к вызовам среды на протяжении тысячелетий, и подчёркивает важность древней ДНК для реконструкции человеческой истории.