Нобелівську премію з медицини та фізіології здобув палеогенетик Сванте Паабо за дослідження еволюції людини
Подкаст Довколаботаніка розповідає, чим відзначився вчений.
Неймовірно захоплива галузь сучасної науки отримала заслужене визнання. І один з її основоположників Сванте Паабо здобуває престижну наукову премію в галузі «Фізіології та медицини» «за його дослідження геномів вимерлих представників триби Гомініні (Hominini) та еволюції людини».
Людство завжди цікавило своє походження. Звідки походять сучасні люди і як ми пов’язані з клятими попередниками? Чому жителі рф такі кінчені? Чим ми, Homo sapiens, відрізняємося від інших споріднених видів?
Багато інформації щодо цих питань надавали нам класичні дослідження морфології кісток та контексту знахідок решток давніх людей. Але Сванте Паабо та інші вчені значно розширили кількість інструментів для занурення в минуле нашого родоводу.
Його піонерні дослідження з виділення та розшифрування давнього ДНК зробили те, що довго вважалось неможливим: був розшифрований геном неандертальця, вимерлого родича сучасної людини.
Згодом його команда зробила сенсаційне відкриття невідомого раніше гомініна з Денисової печери.
Також Паабо досліджував передачу генів від денисівців та неандертальців до Homo sapiens після міграції з Африки приблизно 70 000 років тому. Цей давній потік генів має важливе значення для сучасних людей, наприклад, деякі з них впливають на те, як наша імунна система реагує на інфекції.
Фундаментальні дослідження Паабо дали початок абсолютно новій науковій дисципліні – палеогенетиці. Його дослідження відкрили генетичні відмінності між нинішніми людьми та вимерлими представниками нашого роду. Фактично вони створили основу (базу, фундамент, ґрунт, літосферну плиту) для вивчення того, що робить нас унікальними людьми.
Нобелівський лауреат Сванте Паабо
Звісно, науковий вклад пана Сванте не виник на пустому місці. Питання нашого походження хвилювало багатьох людей у різні часи.
Класична палеонтологія та археологія важливі для вивчення еволюції людини.
Саме здобутки цих наук надали докази того, що сучасна людина Homo sapiens вперше з’явилася в Африці приблизно 300 000 років тому, тоді як наші найближчі відомі родичі, неандертальці, розвивалися за межами Африки та населяли Європу та Західну Азію приблизно від 400 000 років до 30 000 років тому. Потім вони вимерли.
Близько 70 000 років тому деякі популяції Homo sapiens мігрували з Африки на Близький Схід, а звідти поширилися по всьому світу.
Таким чином, Homo sapiens і неандертальці співіснували на значній території Євразії упродовж десятків тисяч років.
Але що ми знаємо про наші стосунки з вимерлими неандертальцями? Підказки може надати геномна інформація.
До кінця 1990-х років майже весь геном людини був секвенований, тобто були розшифровані чи ж то пак прочитані послідовності ДНК. Це була значна віха в історії сучасної науки.
Окрім багатьох інших значень розшифрування геному людини дало змогу досліджувати генетичний зв'язок між різними популяціями людей.
Однак, щоб порівнювати геноми сучасних людей та вимерлих неандертальців бракувало лише дещиці – даних про геном неандертальців, адже для того, щоб дізнатися інформацію про нього слід було якось видобути ДНК з давніх зразків.
На початку своєї кар’єри Сванте Паабо захопився можливістю використання сучасних генетичних методів для вивчення ДНК неандертальців. Однак незабаром він усвідомив великі технічні проблеми, які гальмували такі дослідження.
ДНК – дуже ніжна молекула. З часом вона хімічно модифікується та розпадається на короткі фрагменти. Через тисячі років залишаються лише невеликі ділянки ДНК, а те куце, що залишилося, ще й масово заражується геномами бактерій, інших істот, включно з людьми. Розібратися в цій мішанині решток спадкової інформації було дуже непросто.
Сванте працював у лабораторії еволюційного біолога Алана Вілсона і саме там почав розробляти методи вивчення ДНК неандертальців. Ця робота тривала кілька десятиліть.
У 1990 році Паабо отримав посаду професора у Мюнхенському університеті, де продовжив роботу над архаїчною ДНК. Він вирішив проаналізувати ДНК мітохондрій неандертальця – органел у клітинах, які містять власну ДНК і, які є енергетичними станціями клітинами (кажуть, якщо це не уточнити, то на місці підручника з біології утвориться чорна діра, яка знищить нашу Сонячну систему).
Мітохондріальний геном невеликий і містить лише частину генетичної інформації в клітині, але він присутній у тисячах копій, що збільшує шанси на успіх.
Завдяки своїм вдосконаленим методам Паабо вдалося секвенувати ділянку мітохондріальної ДНК із шматка кістки віком 40 000 років. Таким чином, ми вперше отримали доступ до послідовності геному вимерлого спорідненого нам виду.
Порівняння з сучасними людьми та шимпанзе показало, що неандертальці були генетично відмінними від обох цих видів.
Оскільки аналіз невеликого мітохондріального геному дав лише обмежену інформацію, Паабо тепер взявся за величезний виклик секвенування ядерного (тобто основного) геному неандертальця.
У цей час йому запропонували створити лабораторію в Інституті Макса Планка в Лейпцигу, Німеччина. Тут Паабо та його команда постійно вдосконалювали методи виділення та аналізу ДНК з архаїчних останків кісток.
Дослідницька група використовувала нові технічні розробки, які зробили процес секвенування ДНК дуже ефективним.
Пан Сванте також залучив до роботи низку фахівців з популяційної генетики та ретельного аналізу послідовностей ДНК.
Його зусилля увінчалися успіхом. Паабо здійснив, здавалося б, неможливе, і зміг опублікувати перше прочитання геному неандертальця в 2010 році.
Сванте Паабо
Порівняльний аналіз показав, що останній спільний предок неандертальців і Homo sapiens жив приблизно 800 000 років тому.
Паабо та його співробітники тепер можуть досліджувати зв’язки між неандертальцями та сучасними людьми з різних частин світу.
Порівняльний аналіз показав, що послідовності ДНК неандертальців були більше схожі на послідовності сучасних людей з Європи чи Азії, ніж на сучасних людей з Африки. Це означає, що неандертальці та Homo sapiens схрещувалися протягом тисячоліть співіснування. У сучасних людей європейського або азійського походження приблизно 1-4% геному походить від неандертальців.
Однак на долю Паабо випало ще одно велике відкриття.
У 2008 році в Денисовій печері на півдні Сибіру був виявлений уламок кістки пальця віком 40 000 років. Кістка містила добре збережену ДНК, яку команда Паабо розшифрувала.
Результати вивчення зразка спричинили сенсацію: послідовність ДНК була унікальною – ця кістка належить не неандертальцям, і не сучасним людям.
Вчені натрапили на ще одну загадкову лінію людей, які отримали назву «денисівці».
Порівняння геному денисівців та сучасних людей також вказували на існування потоку генів між цими двома генетичними лініями. Цей зв’язок вперше був вказаний для жителів Меланезії та інших частин Південно-Східної Азії, де сучані люди мають до 6 % ДНК денисівців.
Відкриття Паабо стали основою для нового розуміння еволюційної історії людей.
У той час, коли Homo sapiens мігрував з Африки, принаймні дві вимерлі популяції гомінінів населяли Євразію. Неандертальці жили на заході Євразії, тоді як денисівці населяли східні частини континенту. Під час експансії Homo sapiens за межі Африки та їхньої міграції на схід ці бешкетники не лише стикалися з іншими гілками людського родоводу, а й схрещувалися з ними, при чому не лише з неандертальцями, а й з денисівцями.
Завдяки своїм новаторським дослідженням Сванте Паабо заснував абсолютно нову наукову дисципліну — палеогенетику.
Відкриття вченого створили унікальний ресурс, який активно використовується науковою спільнотою для кращого розуміння еволюції та процесів міграції людей.
Нові потужні методи аналізу послідовностей ДНК вказують на те, що інші архаїчні гомініни також могли схрещуватися з Homo sapiens в Африці. Однак їхні геноми ще не були секвеновані через прискорену деградацію архаїчної ДНК у тропічному кліматі.
Завдяки відкриттям Сванте Паабо ми тепер розуміємо, що послідовності генів наших вимерлих родичів впливають на фізіологію сучасної людини. Одним із таких прикладів є денісівська версія гена EPAS1, яка дає перевагу для виживання на великій висоті та поширена серед сучасних тибетців. Іншими прикладами є гени неандертальців, які впливають на нашу імунну відповідь на різні типи інфекцій.
Генетичні відмінності між Homo sapiens і нашими найближчими вимерлими родичами були невідомі, доки вони не були виявлені завдяки фундаментальній роботі Паабо. Тривають інтенсивні дослідження, які намагаються з’ясувати функціональні наслідки цих відмінностей геномів. Вони мають врешті-решт пояснити, що робить нас такими, якими ми є, унікальним видом з усіма його перевагами та недоліками.
