Генетическое исследование показывает, что предки людей почти вымерли около 930 000 лет назад. Эффект «бутылочного горлышка» продолжался примерно 117 000 лет, когда популяцию поддерживало менее 1 280 размножающихся особей. «Хайтек» рассказывает, с чем связано сокращение численности населения и как это повлияло на эволюцию современных людей.
В летописи окаменелостей представителей рода Homo в раннем каменном веке на границе между ранним и средним плейстоценом наблюдается загадочный пробел. Среди ископаемых останков практически нет предков людей, возраст которых составляет от 950 000 до 650 000 лет.
Группа исследователей под руководством Восточно-китайского педагогического университета проанализировала геномы современных людей, чтобы восстановить раннюю эволюцию вида Homo. Результаты показывают, что около 930 000 лет назад человечество вошло в «бутылочное горлышко» и до 99% популяции было уничтожено.
Это событие, как полагают ученые, объясняет не только отсутствие окаменелостей. Если результаты подтвердятся, ускоренная эволюция, которая привела к выделению двух разных линий и возникновению неандертальцев и гейдельбергского человека (Homo heidelbergensis) — возможного предка Homo sapiens.
Что такое эффект «бутылочного горлышка»?
Эффект «бутылочного горлышка» или генетическое узкое место — это резкое сокращение популяции одного вида, связанное с изменениями окружающей среды, катастрофическими событиями или другими внешними факторами (например, войны у людей или последствий активной охоты у животных).
Количество особей и, как следствие, генетическое разнообразие в таких условиях уменьшается, а вид оказывается на развилке между исчезновением или дальнейшим восстановлением популяции, адаптированной к новым условиям.
Сокращение генетических вариаций снижает устойчивость популяции к внешним условиям и способность адаптироваться и выживать в новых условиях. В такие периоды у вида наблюдается значительный дрейф генов — случайные изменения частоты аллелей (различных форм одного гена), генотипов и даже утрата отдельных аллелей.
Как проводилось исследование?
Катастрофические события, связанные с сокращением численности популяции, оставляют следы в генах потомков. Например, в 2018 году, анализируя последствия сокращения генетического разнообразия, ученые установили, что около 5 000 лет назад человечество в Старом свете (Африке и Евразии) столкнулось с резким дефицитом мужчин — на одного самца приходилось 17 самок.
Но если недавние события хорошо прослеживаются, то анализ изменений, произошедших сотни тысяч лет назад — проблема для ученых. Исследователи из Китая разработали собственный метод анализа генов для реконструкции эволюционных изменений — FitCoal (от англ. Fast Infinitesimal Time Coalescent — «быстрое слияние за бесконечно малое время»).
Компьютерная модель оценивает вероятность частоты распределения различных аллелей в геноме для бесконечно малых периодов времени, на которые разделены миллионы лет эволюции. Исследователи протестировали модель на плодовых мухах, у которых продолжительность жизни и эволюционные изменения протекают в разы быстрее.
Для анализа эволюции человека ученые сравнили секвенированные геномы 3 154 человек из 50 популяций из разных стран, в том числе 10 африканских и 40 проживающих за пределами региона, в котором возникли первые люди. Исследователи моделировали различные условия, чтобы найти те, которые соответствуют современному генетическому разнообразию. Оптимальный сценарий предполагает почти полное вымирание наших предков около 930 000 лет назад.
Почему человечество вымирало?
По расчетам ученых, до возникновения узкого места популяция древних людей составляла около 98 000 «размножающихся особей. Около 930 000 лет назад она сократилась до 1,3% (менее 1 280 человек) и оставалась такой в течение 117 000 лет. За это время было потеряно до 65,85% генетического разнообразия. После этого популяция постепенно восстановилась.
Исследователи полагают, что к сокращению населения привел глобальный климатический сдвиг. Геологические данные показывают, что планета в это время стала холоднее и суше. Переход в средний плейстоцен связан с изменением циклов оледенения Земли. В это время климат в Африке стал более экстремальным и непредсказуемым с длинными периодами засухи.
Климатические потрясения создали неблагоприятные условия, что привело к голоду и конфликтам, которые еще больше сократили численность населения. Для быстрого восстановления населения после прохождения «бутылочного горлышка» исследователи называют две возможные причины: климатические изменения и социальную эволюцию. Вторая связана с освоением огня, признаки использования которого в это время находят на стоянках людей.
Потерянная хромосома
Одно из последствий резкого сокращения населения — ускоренная эволюция. Изменения способствовали видообразованию: разделению человечества на две ветви и слиянию у наших предков двух хромосом в одну.
У большинства гоминид и у первых представителей рода Homo 24 хромосомы, а у людей — 23. Вторая хромосома у нашего вида сформировалась в результате слияния во время катастрофы и быстро распространилась в ограниченной популяции, считают исследователи. Если это так, то древние люди, жившие около 900 000 лет назад, стали последними общими предками неандертальцев и гейдельберцев, от которых произошли современные люди.
Не все исследователи согласны с выводами ученых. Например, генетик из Калифорнийского университета в Дэвисе Бренна Хенн, которая не принимала участие в исследовании, заявила New York Times, что такие серьезные заявления требуют доказательств. Хотя эффект «бутылочного горлышка» служит одним из возможных объяснений генетических изменений, есть и другие варианты. Например, люди могли разделиться на отдельные популяции, а затем снова собраться вместе.
Дальнейший анализ с учетом критических возражений позволит проверить или опровергнуть гипотезу. Кроме того, даже если теория верна остаются вопросы: где жила ограниченная популяция людей на пике вымирания, как они преодолели катастрофу и какие факторы повлияли на быстрое восстановление популяции. Ответы на эти вопросы помогут найти дальнейшие генетические исследования и раскопки.
Читать далее:
Физики впервые наблюдали «кольца Алисы»: квантовый вход в «зазеркалье»
Исследователи превратили раковые клетки в мышечную ткань
Посмотрите, как Сатурн максимально приблизился к Земле
На обложке: наскальные рисунки. Изображение от wirestock на Freepik