Почему X-хромосома не досталась нам от неандертальцев? Ответ нашли не в генах, а в том, кто с кем спал

В геноме современных людей до сих пор остаются фрагменты неандертальского наследия — следы эпизодов, когда группы людей современного типа встречались с неандертальцами и оставляли потомство. Но у X-хромосомы особая картина: на ней видны протяжённые участки, где неандертальских последовательностей заметно меньше, чем на остальных хромосомах. Команда из лаборатории генетика Сары Тишкофф в Пенсильванском университете полагает, что причина может быть в том, как именно складывались древние пары и в каком направлении чаще шли скрещивания.

Чтобы разобраться, почему X ведёт себя иначе, важно напомнить, как устроено наследование пола у человека. У женщин обычно две X-хромосомы, у мужчин — X и Y. X есть у всех, и на ней расположено много генов, которые не сводятся к половым признакам. Y короче и несёт меньше генов, но именно она обычно запускает развитие по мужскому типу. Главное для этой истории — кто какую хромосому передаёт детям. Дочери получают X от матери и X от отца, а сыновья — X от матери и Y от отца. Поэтому примесь на X распространяется по популяции иначе, чем на аутосомах, то есть на неполовых хромосомах.

Раньше пустые зоны на X объясняли прямолинейно: после расхождения линий некоторые неандертальские варианты могли хуже работать в генетическом фоне Homo sapiens, и естественный отбор постепенно удалил их из популяции. Эти участки называют неандертальскими пустынями на X-хромосоме. В новой статье в Science авторы предлагают другую логику: решающим мог оказаться перекос по полу и направлению брачных связей, а не биологическая несовместимость как таковая.

Исследователи посмотрели на проблему с двух сторон. Обычно обсуждают, сколько неандертальской ДНК осталось у современных людей. Команда добавила второй угол зрения: сколько ДНК людей современного типа сохранилось в самих неандертальских геномах. Для этого они выделили участки современного человеческого происхождения у трёх неандертальцев — Алтайского, Чагырского и Виндийского — и сопоставили результаты с набором разнообразных африканских геномов. Африканскую выборку использовали как контроль: такие популяции, по принятой в исследованиях древней ДНК схеме контактов, исторически не смешивались с неандертальцами и потому должны отражать картину без этой примеси.

Сравнение дало резкую асимметрию. У современных людей, как показывали и прошлые работы, неандертальских последовательностей на X почти нет. У неандертальцев выявилась обратная ситуация: на их X обнаружилось заметно больше ДНК людей современного типа, чем на других хромосомах. Разницу авторы оценили количественно: избыток составил 62% по сравнению с остальными хромосомами неандертальцев.

Эта «зеркальная» картина стала для команды аргументом против простой версии о несовместимости. Если бы дело было в том, что чужие варианты на X вредят и потому исчезают, похожий дефицит ожидался бы в обе стороны. Тогда человеческие последовательности тоже должны были бы хуже удерживаться на X у неандертальцев. Но в данных видно обратное: современная человеческая примесь на X у них не снижена, а повышена. Поэтому авторы считают, что объяснение через токсичные взаимодействия генов или репродуктивную несовместимость плохо согласуется с наблюдением.

Дальше важна механика наследования. Если в древних контактах чаще возникали пары, где неандерталец был мужчиной, а партнёрша — женщиной современного типа, баланс X меняется сразу. Мужчина-неандерталец передаёт свою X только дочерям, а сыновьям передаёт Y. В результате неандертальская X реже попадает в человеческий генофонд, чем при обратном направлении, когда женщины-неандерталки чаще имели детей от мужчин современного типа. Одновременно X современного человека легче уходит в неандертальские группы, потому что женщина несёт две X и передаёт X каждому ребёнку. Из-за этой асимметрии направление обмена X-хромосом оказывается особенно чувствительным к тому, какие пары встречались чаще.

Авторы проверили гипотезу на математических моделях. По их расчётам, одного перекоса по полу достаточно, чтобы получить оба наблюдаемых эффекта одновременно: дефицит неандертальской ДНК на человеческой X и избыток человеческой ДНК на X у неандертальцев. Команда отмечает, что похожий рисунок теоретически мог бы дать и другой механизм, например миграции с перекосом по полу. Но тогда пришлось бы предположить сложные, меняющиеся по времени и регионам сценарии, чтобы в итоге сложилась такая двусторонняя асимметрия.

Авторы напоминают и исторический фон. Примерно 600 тысяч лет назад предки людей современного типа и неандертальцев разошлись и долго существовали как отдельные группы. Линия Homo sapiens развивалась в Африке, а неандертальцы — в Евразии, где приспосабливались к местным условиям. Но изоляция не была абсолютной. За сотни тысяч лет люди перемещались на территории неандертальцев и обратно, и такие встречи иногда приводили к рождению детей, которые переносили участки ДНК из одной группы в другую.

Теперь команда хочет перейти от вопроса как получилось к вопросу почему так сложилось. В качестве следующего шага они рассматривают сравнение разнообразия на X и на аутосомах, то есть на неполовых хромосомах. Соотношение разнообразия между X и аутосомами может подсказать особенности социальной организации неандертальцев, например кто чаще покидал родную группу — женщины или мужчины. Авторы рассчитывают, что такие генетические сравнения помогут точнее описать гендерную динамику в неандертальских сообществах и понять, как она оставила след в их геноме.