Происхождение человека и его эволюция

1 - 8
  Происхождение человека: современные люди появились в Африке

Откуда мы взялись?

Наша эволюционная история зафиксирована в нашем геноме. Учёные считают, что современные люди появились в Африке в течение последних 200 000 лет. Считается, что происхождение человека как современных людей произошло от последнего общего предка, известного под названием Homo erectus. Это наш родственник, который ходил прямо, разжигал огонь и охотился... Эректус, существовавший на Земле еще 200 тысяч лет назад, успел распространиться на обширной территории, включая Африку, Азию и Европу. При росте от 140 до 180 сантиметров и весе от 40 до 70 килограмм наши родственники Erectus не только стали хорошими охотниками, но и научились использовать огонь для охоты. Это улучшает социальность и появляется более сложная структура мозга эректусов.

Современный человек (Homo sapiens) в переводе с латыни означает "мудрый человек". Наш вид - единственный сохранившийся вид рода Homo. Однако существует множество споров о том, откуда мы произошли. И, вероятно, мы произошли от нашего самого последнего общего предка - Homo erectus. Это латинское слово означает "человек прямоходящий". Homo erectus –это вымерший вид человека, живший между 1, 9 млн. и 135 тыс. лет назад.

Исторически сложилось так, что для объяснения эволюции человека были предложены две основные модели. Это модель «человек разумный» возникшего в Африке и "мультирегиональная" модель. Наиболее распространённой на сегодняшний день является модель "выходцев из Африки". Она предполагает, что Homo sapiens развился в Африке, а затем мигрировал по всему миру.

«Мультирегиональная» модель, напротив, предполагает, что эволюция Homo sapiens происходила не в одном месте планеты. И в течение длительного периода времени. Различные популяции смешивались и в конечном итоге привели к появлению одного вида Homo sapiens, который мы знаем сегодня.

Современные геномные данные подтверждают, что современные люди мигрировали "из Африки" как единый вид. Однако этот вопрос все ещё находится в стадии активного изучения. Геномы вымерших гоминид неандертальцев и денисовцев демонстрируют некоторую геномную примесь (1-3 %) с европейскими и азиатскими людьми. Такое смешение двух ранее отдельных популяций, известно как "примесь" и приводит к генетическому смешению между популяциями.

2 - 8

Происхождение человека: неандертальцы и денисовцы

Неандерталец, человек неандертальский (Homo neanderthalensis или Homo sapiens neanderthalensis), — вымерший или, по другой гипотезе, ассимилированный представитель рода людей. Некоторые учёные считают неандертальца подвидом Homo sapiens. Тогда как другие относят к отдельному виду рода Homo, поэтому до сих пор сохраняются оба латинских названия. Возраст останков наиболее ранних неандертальцев (пра-неандертальцев) — около 500 тыс. лет.  Они окончательно сформировались, как вид, около 130—150 тыс. лет назад. Последние неандертальцы жили около 40 тысяч лет назад. Они сосуществовали в Европе с Homo sapiens в течение нескольких тысяч лет. Неандертальцы населяли Европу и Среднюю Азию. Название «неандерталец» происходит от долины Неандерталь в Германии, где был найден череп одного из представителей.

На сегодняшний день доказано, что неандертальцы не являются прямыми предками современных людей. Их последний общий предок ещё точно не установлен, его относят либо к человеку-предшественнику, либо к гейдельбергским людям Африки. Древнейшие останки гейдельбергских людей, мигрировавших в Европу, имеют возраст 0,8 млн лет. Следовательно, около миллиона лет линии неандертальцев и сапиенсов развивались независимо. В более поздний период (135—35 тысяч лет назад), возможно, происходила метисация. Это физическое смешение с последующим появлением генетически смешанного потомства неандертальцев и сапиенсов, появившихся в Европе позже. У современных представителей европеоидной и монголоидной рас около 2 % генов — неандертальские, у негроидов — 0,3 %.

Денисовский человек или денисовец — (Homo sapiens denisova) вымерший подвид людей. Известен по фрагментарному материалу из Денисовой пещеры в Солонешенском районе Алтайского края России. 40 тыс. л. назад ареал денисовцев пересекался по времени и месту с территориями в Азии, где жили неандертальцы и современные люди. Денисовский человек жил в Денисовой пещере от 200 тыс. л. н. до 73 тыс. лет назад. В майской публикации 2019 года доказано, что денисовцы жили также в высокогорном Тибете.

Фрагменты денисовской ДНК были найдены в геномах Homo sapiens из Салхита (Монголия), Тяньюаня (Китай), Янской стоянки (Якутия), стоянки Мальта (Иркутская область). У усть-ишимского человека (Омская область) денисовскую примесь не обнаружили. Денисовская ДНК указывает на то, что метисация (физическое смешение генов) предков этих людей с денисовцами произошла по меньшей мере за 10 тыс. лет до рождения этих сапиенсов. Исследования генома показали, что денисовцы были темнокожие, темноволосые и темноглазые.

3 - 8

Происхождение человека: "Митохондриальная Ева"

Генетические исследования, как правило, подтверждают модель "из Африки". Наибольшее генетическое разнообразие людей наблюдается в Африке. На самом деле, генетическое разнообразие в Африке больше, чем во всём мире вместе взятом. Более того, происхождение современной ДНК в митохондриях ("электростанциях" наших клеток) было обнаружено у одной африканской женщины, жившей между 50 000 и 500 000 лет назад. Её прозвали "митохондриальной Евой".

Наш геном - это комбинация ДНК наших родителей. Однако митохондриальная ДНК (МТ-ДНК) имеет только материнское происхождение. Это связано с тем, что женские яйцеклетки содержат большое количество митохондриальной ДНК. Мужские сперматозоиды содержат лишь небольшое количество. Сперматозоиды используют небольшое количество митохондрий, чтобы добраться до яйцеклетки перед оплодотворением. Когда сперматозоид сливается с яйцеклеткой, все митохондрии сперматозоида разрушаются.

Ваша митохондриальная ДНК практически идентична ДНК вашей матери или её матери.

В результате митохондриальная ДНК описывается как матрилинейная (из поколения в поколение сохраняется только материнская сторона). Другими словами, ваша митохондриальная ДНК практически идентична митохондриальной ДНК вашей матери и ее матери. Митохондриальная ДНК широко используется эволюционными биологами, поскольку её легче получить. Но митохондриальная Ева не была первой и единственной женщиной на планете в то время. Она была лишь отправной точкой, от которой развивались все современные человеческие поколения. Биологи - эволюционисты считают, что наиболее вероятной причиной этого является то, что во время жизни Евы произошло эволюционное "узкое место". Узкое место означает внезапное исчезновение большинства видов, возможно, в результате внезапной катастрофы, поставившей их на грань вымирания. Мы можем предположить, что митохондриальная Ева была одной из немногих выживших самок. Это объясняет, почему её "матрилинейная" митохондриальная ДНК передавалась из поколения в поколение.

Аналогично, Y-хромосомная ДНК передаётся только от отца к сыну. Эволюционные филогенетические деревья, включающие всех современных мужчин, также подтверждают модель "выходцев из Африки".

4 - 8

Картирование черепа и миграция из Африки

Картирование – метод, позволяющий получить представление о местонахождении отдельных функций коры головного мозга. Дополнительным доказательством модели "выходцев из Африки" служит размер человеческого черепа. Ученые проанализировали генетику и размер черепа 53 человеческих популяций со всего мира. Они обнаружили, что разнообразие генетического состава уменьшалось по мере удаления популяций от Африки. Предполагается, что это связано с уменьшением численности людей по мере их расселения от первоначальных поселений в Африке. В результате генетическое разнообразие в этих популяциях было меньше. В результате учёные пришли к выводу, что современные люди должны были происходить из одного региона - Африки, а не из разных мест.

Миграция из Африки

Факты свидетельствуют о том, что первая волна людей,  покинувших Африку, не была очень успешной в своём  путешествии. Судя по всему, их численность сократилась до 10  000 человек, а иногда и до полного исчезновения. 

Извержение супервулкана Тобана Суматре 70 000 лет назад,  возможно, привело к "ядерной зиме". За этим последовал 1000- летний ледниковый период. Такое событие оказало бы огромное  давление на человечество. Люди могли выжить в этих экстремальных условиях, только сотрудничая друг с другом. Это  могло привести к образованию сплочённых семейных групп и  племён. Развились и некоторые современные формы поведения  человека, такие как сотрудничество, с которым мы знакомы  сегодня.

С генетической точки зрения восемь миллиардов человек, живущих сегодня на Земле, мало чем отличаются от Homo sapiens из Африки.

Для справки: 
В середине ноября 2022 года численность населения мира достигла 8 миллиардов человек по сравнению с 2,5 миллиарда в 1950 году, прибавив 1 миллиард человек с 2010 года и 2 миллиарда с 1998 года.

Между 80 000 и 50 000 лет назад из Африки мигрировала другая группа людей. Эти люди, вероятно, были "современными" по внешнему виду и поведению. Они сумели выжить благодаря новым методам сотрудничества и за относительно короткое время распространились по всему миру. Во время миграции они столкнулись с ранними первобытными людьми, которые со временем пришли им на смену.

5 - 8

Были ли гены неандертальцев внедрены в геном современных людей?

Исчезновение неандертальцев объясняется конкуренцией со стороны современных людей, появившихся в Африке не менее 125 000 лет назад. Останки современных людей, датируемые 10 0000 лет назад, были найдены в Израиле. Это позволяет предположить, что люди Тшуда вымерли в то же время. Скрещивались ли эти два вида? Были ли неандертальские гены внедрены в геном современных людей?

Ранние исследования митохондриальной ДНК неандертальцев показывают, что их митохондриальная ДНК сильно отличается от ДНК современных людей. Это говорит о том, что Homo neanderthalensis и Homo sapiens не скрещивались между собой.

Расшифровка генома неандертальца

В 2010 году немецкие и американские учёные секвенировали ДНК (определение последовательности участков генов) всего генома неандертальца. Они также выделили ещё одну группу древних людей – денисовцев. Они так назывались в честь сибирской пещеры, где был найден окаменелый палец, из которого была извлечена ДНК. В 2013 году они получили более точную последовательность генома неандертальца. И тогда была получена последовательность генома человека.

Последовательность генома позволила предположить, что ранние люди, жившие за пределами Африки, скрещивались со своими ныне вымершими древними родственниками.

ДНК может оставаться в костях животных после их смерти. Со временем в кости проникает ДНК различных микроорганизмов, попавших в скелет. В результате ДНК становится загрязнённой микробной ДНК. Поэтому учёные должны убедиться в том, что они занимаются секвенированием (изучение последовательностей генов) только генома неандертальца и удаляют материал ДНК, оставленный этими микроорганизмами. В том числе материал ДНК, полученный в результате загрязнения со временными людьми, работающими с этими костями. Последовательности геномов позволяют предположить, что ранние современные люди, за исключением людей африканского происхождения, скрещивались со своими ныне вымершими родственниками древнего человека вдоль береговой линии и через горы.

6 - 8
Что такое секвенирование?

Секвенирование – определение последовательности участков генов. Размеры секвенируемых участков ДНК обычно не превышают 100 пар нуклеотидов (next-generation sequencing) и 1000 пар нуклеотидов при секвенировании по Сенгеру. В результате секвенирования перекрывающихся участков ДНК получают последовательности участков генов, целых генов, тотальной мРНК или полных геномов организмов.

Скрещивание, как правило, негативно сказывается на генетической
пригодности вида, поскольку снижает разнообразие популяций и повышает восприимчивость к болезням и заболеваниям.

Анализ генома неандертальцев показал, что кости пальцев ног были женскими, поскольку имели две Х-хромосомы. Дальнейший анализ показал, что последовательности каждой пары хромосом были похожи. Это позволило предположить, что её родители были близкими родственниками, возможно, дядей и племянницей. Инбридинг, как правило, негативно сказывается на генетическом состоянии вида. Это связано с тем, что инбридинг снижает разнообразие популяции и повышает восприимчивость к болезням и заболеваниям. Считается, что именно это снижение генетической изменчивости стало причиной вымирания неандертальцев.

7 - 8
Что такое инбридинг?

Инбридинг (англ. inbreeding от in «внутри» + breeding «разведение») — форма скрещивания близкородственных форм в пределах одной популяции организмов (животных или растений).

Термин «инбридинг» обычно используется в отношении животных. Этот термин также используется при описании результата близкородственных браков среди аристократических семей.

Инбридинг — популярная система спаривания родственных особей. Выведенное потомство имеет высокий уровень гомозиготности, низкий размах изменчивости признаков и сниженную жизнеспособность. 

Если сравнивать геном человека и геном неандертальца, то человеческие геномы более похожи друг на друга, чем геном неандертальца. Части ДНК неандертальцев похожи на ДНК людей европейского и азиатского происхождения, в то время как ДНК африканцев такого сходства не обнаруживает. Это позволяет предположить, что современные люди сформировались в Африке и распространились в Азию и Европу, где жили неандертальцы. Затем в этих регионах произошло скрещивание между неандертальцами и ранними Homo sapiens. Исследование 2012 года предполагает, что это скрещивание, вероятно, произошло между 37 000 и 85 000 лет назад. Предполагается, что доля неандертальской ДНК в людях за пределами Африки составляет от 1, 5 до 2.1 %.

8 - 8
Из прошлого в будущее

Сегодня многие из нас унаследовали небольшое количество ДНК от наших древних предков – неандертальцев и денисовцев. Эта общая ДНК может определять нашу восприимчивость к современным заболеваниям и адаптацию к новым условиям окружающей среды и климата.

Учёные обнаружили у современных людей девять неандертальских генов, которые, как известно, связаны с восприимчивостью к таким заболеваниям, как диабет второго типа, волчанка и болезнь Крона.

Также было показано, что на адаптацию тибетцев к высокогорью могли повлиять древние последовательности ДНК денисовцев в участках ДНК, связанных с уровнем гемоглобина на больших высотах. В настоящее время проводятся дополнительные исследования для дальнейшего изучения этих ассоциаций.