În iulie 2006, Institutul Max Planck pentru Antropologie Evolutivă din Germania și 454 de Științe ale Vieții din Statele Unite au anunțat începerea lucrărilor de secvențiere a genomului complet de Neanderthal [1] .
În 1997, au reușit să obțină ADN mitocondrial din humerusul specimenului de tip Neanderthal 1 (Feldhofer 1), primul specimen de ADN mt al unui Neanderthal [2] .
Genomul de Neanderthal este apropiat ca dimensiune de cel al oamenilor moderni . Rezultatele preliminare arată că ADN-ul uman modern și cel de Neanderthal sunt aproximativ 99,5% identic. Cercetătorii au extras ADN fosil de Neanderthal dintr-un os al coapsei unui schelet vechi de 38.000 de ani din Peștera Vindia din Croația , precum și din alte oase găsite în Spania , Rusia și Germania . Folosind secvențele de ADN mitocondrial de cimpanzeu și uman ca puncte de referință, oamenii de știință au calculat că data divergenței dintre ADNmt uman și cel de Neanderthal este de 660.000 ± 140.000 de ani [3] [4] .
Secvențierea genomului de Neanderthal a necesitat aproximativ 500 mg de probe de țesut osos. Proiectul a fost plin de multe provocări, inclusiv contaminarea probelor cu bacterii și manipularea umană a oaselor în săpătură și în laborator. Doar șase mostre de os au fost prelevate de la cinci neanderthalieni proveniți din patru locuri: probe Vindija 33.25 și Vindija 33.16 (~44 ka BP) din Peștera Vindia (Croația), mostre de la doi neanderthalieni Feldhofer 1 ( Neanderthal 1 ) și Feldhofer 2 (~40 ka). BP) din grota Feldhofer (Germania), specimen Sidron 1253 (~49 ka BP [5] ) din peștera El Sidron (Spania) și specimenul Mezmaiskaya 1 (în urmă cu 60-70 de mii de ani) din peștera Mezmaiskaya ( Rusia). Peste 99% din datele genetice au provenit de la Vindija 33.16 din Vindia Cave . Pentru a testa dacă secvențele de nucleotide obținute din această probă sunt tipice unui Neanderthal, cercetătorii au analizat câteva milioane de perechi de baze din alte mostre de Neanderthal. Cea mai mare cantitate de material genetic comparativ a fost obținută din eșantionul din peștera Mezmayskaya (20 de milioane de perechi de baze), din eșantionul din peștera El Sidron (5 milioane de perechi de baze) și din probele din Grota Feldhofer (2 milioane de perechi de baze) [6] .
Comparația ADN-ului mitocondrial extras în 2007 din femurul stâng al unei fete de Neanderthal din peștera Teshik-Tash cu ADNmt din oasele din peștera Okladnikov și din 13 oase de neanderthalieni europeni a arătat asemănarea ADN-ului mitocondrial al neandertalienilor siberieni și europeni [7] ] [8] [9] .
În februarie 2009, un grup de geneticieni condus de Svante Paabo a anunțat finalizarea primului proiect de descifrare a genomului Neanderthal. Au fost citite 3,7 miliarde de perechi de baze, mai mult decât întregul genom (3,2 miliarde de perechi de baze), deoarece mai multe secțiuni ale ADN-ului de Neanderthal au fost citite în mai multe copii. În realitate, doar 63% din genomul lui Neanderthal (2 miliarde de perechi de baze, dacă sunt excluse fragmentele care se repetă) a fost descifrat, iar restul de 37% din lungimea acestuia (1,2 miliarde de perechi de baze) nu a fost încă identificat [6] . Datele preliminare au arătat, de exemplu, că diferența dintre genomul uman modern și cel de Neanderthal este de aproximativ 12,8% din diferența dintre genomul uman și cel al cimpanzeului . Absența genei Lct în genomul de Neanderthal sugerează că oamenii de Neanderthal nu puteau digera lactoza [10] [11] . Un articol care descifrează genomul de Neanderthal cu o acoperire de 1,3x din probele Vi33.16, Vi33.25 și Vi33.26 din Peștera Vindia a fost publicat în revista Science în 2010. Presupunând că divergența medie a ADN-ului dintre genomul uman și cel al cimpanzeului este de acum 6,5 milioane de ani, a fost obținută o estimare aproximativă a timpului de divergență a secvențelor de ADN autozomal uman de Neanderthal și uman modern la 825.000 de ani în urmă [12] [13] .
Cercetările ulterioare au relevat 5 gene asociate cu funcția pielii, activitatea mentală și metabolismul energetic care există la oamenii moderni și nu au fost găsite la neanderthalieni și ale căror modificări sunt clar adaptative [14] .
În decembrie 2013, Nature a publicat un articol despre primul genom Neanderthal cu acoperire ridicată. Materialul genetic din falange proximală a celui de-al patrulea sau al cincilea deget al unei femei adulte de Neanderthal Denisova 5 (Altai Neandertal) din Peștera Denisova din stratul 11.4, vechi de 50 de mii de ani, găsit în 2010 [15] , a fost supus unei analize detaliate, fiecare poziție. a genomului Neanderthal a fost citit în medie de 50 de ori. 99,9% din cele 1,7 gigabaze de secvențe ADN din genomul uman au fost acoperite de cel puțin zece ori. Părinții Denisovei 5 erau rude la nivelul fraților vitregi și surorilor. Contaminarea ADN-ului uman modern, estimată din secvențele de ADN mitocondrial și nuclear, este de aproximativ 1% [16] [17] . Rezultatele studiului întregului genom Neanderthal au fost făcute publice de geneticieni [18] pentru ca oamenii de știință să poată lucra liber cu acest material [19] .
Studiile anterioare ale genomului uman au arătat că există 13 variante de alele care sunt mult mai frecvente la europeni decât la africani. Dintre aceste 13 variante, 10 au fost găsite în genomul neandertalienilor, ceea ce a fost unul dintre argumentele în favoarea încrucișării Homo sapiens cu oamenii de neanderthal în Europa și Asia [20] . 1-3% din genomul non-africanilor moderni este gene de Neanderthal, în timp ce europenii poartă ceva mai puține gene de Neanderthal decât asiaticii [21] . 0,3-0,7% din genele de Neanderthal se găsesc în ADN-ul africanilor [22] [23] și aproximativ 5% dintre genele de Neanderthal din Altai conțin mutații africane pe care neanderthalienii europeni nu le au. Acest lucru sugerează că oamenii de Neanderthal din Altai s-au încrucișat cu oameni moderni din punct de vedere anatomic în urmă cu peste 100.000 de ani [24] [25] . Secvențierea ADN mitocondrial a unui Neanderthal vechi de 124.000 de ani din peștera Holenstein-Stadel (HST). n., a arătat că această subspecie de neanderthalieni s-a separat de trunchiul principal între 316.000 și 219.000 de ani în urmă și s-a încrucișat cu Homo sapiens cu cel puțin 219 mii de ani în urmă [26] . Genoamele nucleare ale primilor neanderthalieni din peștera germană Holenstein-Stadel și din peștera belgiană Skladina (acum 120 de mii de ani) sunt mai strâns legate de genomul ultimilor neanderthalieni, care au trăit în Europa de Vest cu 80 de mii de ani mai târziu decât cu genomurile. a contemporanilor lor - Neanderthalieni care locuiau atunci în Siberia. În plus, indivizii HST și Skladina sunt, de asemenea, mai aproape de neanderthalienii care au ocupat mai târziu Teritoriul Altai, migrând în Siberia între 120.000 și 90.000 de ani în urmă [27] . Spre deosebire de genomul nuclear, genomul mitocondrial al lui Holenstein-Stadel Neanderthal are 70 de mutații care îl deosebesc de ADNmt al altor neandertalieni timpurii [28] . Gibraltar 1 Neanderthal din Forbes Cave ( Gibraltar ) este genetic mai asemănător cu neanderthalienii de 120.000 de ani. n. din Peștera Skladina din Belgia (Scladina I-4A), Holenstein-Stadel din Germania și pe Mezmaiskaya 1 Neanderthal din Peștera Mezmaiskaya (Rusia) decât pe Neanderthalul El Sidrón 1253, vechi de 49.000 de ani, din Peștera El Sidrón din nordul Spaniei și alți neanderthalieni târzii din Europa și Asia de Vest. Genomul Neanderthal din Gibraltar 1, Vindija 33.19 ( Peștera Vindia din Croația) și Chagyrskaya 8 ( Peștera Chagyrskaya din Rusia) sunt mai aproape unul de celălalt decât de genomul Neanderthal Altai Neanderthal din Peștera Denisova din Rusia. Oamenii de știință au reușit, de asemenea, să secvențieze ADN-ul antic din rămășițele unui băiat din Gibraltar 2 [29] . Un studiu al genomului Chagyrskaya Neanderthal Chagyrskaya 8 cu o acoperire de 27 ori a arătat că neandertalienii siberieni trăiau în populații relativ izolate de mai puțin de 60 de indivizi, în timp ce neandertalienii din Europa, denisovenii din peștera Denisova și vechii Homo sapiens par să fi trăit în populații de mai mult decât dimensiuni mari [30] .
Geneticienii au reușit să izoleze mtDNA de Neanderthal și Denisovan din depozitele sedimentare din Galeria de Est a Peșterii Denisova , în timp ce urme de ADN de Neanderthal și Denisovan au fost găsite în straturile nr. 14 și nr. 15, ceea ce indică coexistența acestor două specii în peșteră. pentru mult timp. De asemenea, mtDNA de Neanderthal a fost găsit în zăcămintele din locația belgiană Trou al'Wesse, peșterile Chagyrskaya , El-Sidron [31] .
În genomul ultimilor neandertalieni europeni din peșterile Vindia , Mezmaiskaya 2, Goya și Le Cottet fr] , care au trăit cca. 45-39 mii litri. n. deja după sosirea sapiens în Europa, nu a fost găsit niciun amestec de gene Cro-Magnon . O comparație a genomului neandertalienilor târzii cu cel al unui neanderthal mai în vârstă din Caucaz (Mezmaiskaya 1 [32] ) a arătat că la sfârșitul istoriei neanderthalienilor a fost probabil o schimbare a populației de neanderthal, fie în Caucaz, fie în toată Europa. Cea mai mare parte a fluxului de gene de Neanderthal la începutul Homo sapiens a provenit de la una sau mai multe populații originale de Neanderthal care s-au îndepărtat de ultimii Neanderthal cu cel puțin 90.000 de ani în urmă. n. (înainte de separarea descendenței Mezmaiskaya 1), dar după ce s-au despărțit de un Neanderthal secvențial anterior din Siberia (Altai Neandertal) cu aproximativ 150 de mii de ani în urmă. Neanderthalienii târzii s-au separat de un strămoș comun cu oamenii moderni în urmă cu aproximativ 530 de mii de ani. n. (interval de încredere 95% - acum 503-565 mii de ani), cu denisovenii - acum aproximativ 400 mii de ani. n. (interval de încredere 95% - acum 367-484 de mii de ani), cu Neanderthalul Altai - acum aproximativ 150 de mii de ani. n. (interval de încredere 95% - acum 142-186 mii de ani), cu Neanderthal Vindija 33.19 - acum aproximativ 70 mii de ani. n. (interval de încredere 95% acum 58-72 mii de ani) [33] [34] . Un studiu al ADNmt a 13 oameni de Neanderthal (locuitori din Europa de Nord care au trăit cu peste 50 de mii de ani în urmă, locuitori din Asia de Vest și Orientul Mijlociu) a arătat o variabilitate genetică extrem de diversă, care este tipică pentru o specie mare. În neanderthalienii europeni de mai târziu, care au trăit cu mai puțin de 48 de mii de ani în urmă. n., variabilitatea genetică este foarte puternic redusă [35] .
Genomul nuclear al fetei Denisova 11 , care a trăit acum 90 de mii de ani. n. [36] și găsit în 2016, 38,6% dintre alele corespund genomului de Neanderthal, iar 42,3% corespund genomului denisovan [37] . Mama fetei, Denisova 11, aparținea unei populații înrudite cu neanderthalianul european Vindija 33.19 din peștera croată din Vindia . În același timp, strămoșul de Neanderthal al tatălui ei Denisovan, care a trăit cu 300-600 de generații înaintea lui (sau cu 7,5-15,0 mii de ani înaintea lui, dacă durata unei generații în paleolitic era de 25 de ani), a aparținut altuia, Altai. populația de neandertalieni din Peștera Denisova , precum și de neandertalieni Denisova 5 [38] . Dintre toate mostrele de ADN cunoscute de Neanderthal, ADN-ul cu o acoperire de 27 de ori a probei Chagyrskaya 8 din Peștera Chagyrskaya , situat la aproximativ 106 km de Peștera Denisova, este cel mai strâns legat de ADN-ul mamei hibridului Denisova 11 [39] .
750 mii litri n. strămoșii neandertalienilor și ai denisovenilor s-au despărțit de descendența care a condus la oamenii moderni din punct de vedere anatomic. Aproximativ 700 de mii de litri. n. au apărut din Africa și s-au răspândit în Eurasia la începutul Pleistocenului mijlociu , au supraviețuit blocajului declinului populației, s-au încrucișat cu eurasiatici din populația de hominini „superarhaici” (care a apărut pentru prima dată din Africa 1,9 Ma) și i-au înlocuit în mare măsură. Până la momentul încrucișării, populația Neanderthal-Denisoviană și populația superarhaică au fost separate una de cealaltă printr-o perioadă de 1,2 milioane de ani - mai lungă decât orice pereche de populații umane despre care se știa că s-au încrucișat anterior. Populația Neanderthal-Denisoviană s-a împărțit (T ND ) acum 737 de mii de ani. n. în grupurile de est și vest ale populației - denisovenii (denisovenii) și neandertalienii (neandertalienii). Dimensiunea populației de Neanderthal-Denisov înainte de separarea lor era surprinzător de mică: N ND ≈ 500. Mărimea populației suprahaice (N S ) putea ajunge la 20-50 de mii de oameni. Ea s-a separat (T XYNDS ) de alți Homo acum aproximativ 2,3 milioane de ani. n. (Intervalul de încredere de 95% este acum 1,9-2,5 milioane de ani, cu o rată de mutație de 0,38 × 10 -9 mutații per situs de nucleotide pe an) sau 1,9 milioane de ani. n. (Intervalul de încredere 95% este acum 1,8-2,2 milioane de ani, la o rată de mutație de 0,45 × 10 -9 mutații per situs de nucleotide pe an). Cu o rată de mutație de 0,5 × 10 -9 per situs de nucleotide pe an, limita inferioară a intervalului de încredere este acum 1,6 milioane de ani. Este posibil ca neanderthalienii și denisovenii să-și fi primit fluxul de gene de la două populații „superarhaice” diferite. În perioada de la 455 mii litri. n. (T N0 ) până la 737 mii litri. n. (T ND ) dimensiunea efectivă a populației de Neanderthal a fost mare: N N0 ≈ 16 000. Într-o epocă ulterioară, dimensiunea efectivă a populației de Neanderthal a fost mai mică: N N1 ≈ 3 400 [40] [41] .
Conform cromozomului Y al neandertalienilor din El Sidron , timpul de separare a neandertalienilor și descendențelor umane moderne a fost estimat la 588 de mii de ani în urmă (interval de încredere 95%: 447-806 mii de ani în urmă) [42] . Comparația cromozomilor Y a trei oameni de Neanderthal (Spy94a (acum 38-39 mii de ani), Mezmaiskaya2 (acum 43-45 mii de ani) și El Sidrón (acum 46-53 mii de ani)) cu cromozomii Y ai doi denisoveni și cu Y -cromozomii oamenilor moderni non-africani au arătat că linia cromozomială Y a oamenilor de Neanderthal s-a separat de linia cromozomială Y comună neandertalienilor și oamenilor moderni acum aproximativ 370 de mii de ani. î.Hr., în timp ce descendența cromozomială Y a denisovenilor s-a separat de linia cromozomială Y a oamenilor moderni cu aproximativ 700 de mii de ani în urmă [43] [44] .
Prin potrivirea genomurilor a doi oameni de Neanderthal (din Vindia și Peștera Denisova), a unui Denisovan și a doi africani folosind extensia ARGweaver-D a algoritmului ARGweaver, oamenii de știință au descoperit că aproximativ 3% din genomul Neanderthalului provine din încrucișarea cu un alt grup uman antic. acum aproximativ 300.000 de ani [45] .