Heinäkuussa 2006 Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology Saksassa ja 454 Life Sciences Yhdysvalloissa ilmoittivat aloittavansa neandertalin täydellisen genomin sekvensointityön [ 1] .
Vuonna 1997 he pystyivät saamaan mitokondrio-DNA:ta Neanderthal 1 (Feldhofer 1) -tyyppinäytteen olkaluusta, joka on ensimmäinen neandertalilaisen mtDNA-näyte [2] .
Neandertalin genomi on kooltaan lähellä nykyihmisen genomia . Alustavat tulokset osoittavat, että nykyihmisen ja neandertalin DNA on noin 99,5-prosenttisesti identtinen. Tutkijat ovat erottaneet fossiilisen neandertalilaisen DNA: n 38 000 vuotta vanhan neandertalilaisen luurangon reisiluusta Vindia -luolasta Kroatiasta sekä muista Espanjasta , Venäjältä ja Saksasta löydetyistä luista . Käyttämällä simpanssin ja ihmisen mitokondrioiden DNA-sekvenssejä vertailupisteinä tutkijat laskivat, että nykyajan ihmisen ja neandertalin mtDNA:n ero on 660 000 ± 140 000 vuotta [3] [4] .
Neandertalin genomin sekvensointi vaati noin 500 mg luukudosnäytteitä. Projekti on ollut täynnä monia haasteita, mukaan lukien näytteiden saastuminen bakteereilla ja ihmisen luiden manipulointi kaivossa ja laboratoriossa. Vain kuusi luunäytettä otettiin viideltä neandertalilaiselta, jotka olivat peräisin neljästä paikasta: näytteet Vindija 33.25 ja Vindija 33.16 (~44 ka BP) Vindian luolasta (Kroatia), näytteet kahdesta neandertalilaista Feldhofer 1 ( Neanderthal 1 ) ja Feldhofer 2 (~ 40 ka) BP) Feldhofer- luolasta (Saksa), Sidron 1253 -näyte (~49 ka BP [5] ) El Sidronin luolasta (Espanja) ja näyte Mezmaiskaya 1 (ikä 60-70 tuhatta vuotta sitten) Mezmaiskayan luolasta ( Venäjä). Yli 99 % geneettisistä tiedoista tuli Vindija 33.16:sta Vindia Cavesta . Testaakseen, ovatko tästä näytteestä saadut nukleotidisekvenssit tyypillisiä neandertalilaisille, tutkijat analysoivat useita miljoonia emäspareja muista neandertalilaisista näytteistä. Suurin määrä vertailevaa geneettistä materiaalia saatiin näytteestä Mezmayskayan luolasta (20 miljoonaa emäsparia), näytteestä El Sidronin luolasta (5 miljoonaa emäsparia) ja näytteistä Feldhofer Grotosta (2 miljoonaa emäsparia) [6] .
Vuonna 2007 Teshik-Tash- luolasta peräisin olevan neandertalilaisen tytön vasemmasta reisiluun mitokondrio-DNA:n vertailu Okladnikov-luolasta peräisin olevien luiden mtDNA: han ja Euroopan neandertalin 13 luusta osoitti siperialaisten ja eurooppalaisten neandertalilaisten mitokondrio-DNA:n samankaltaisuuden [7 ] [8] [9] .
Helmikuussa 2009 Svante Paabon johtama geneetikkoryhmä ilmoitti saaneensa päätökseen ensimmäisen projektin neandertalin genomin tulkitsemiseksi. Luettiin 3,7 miljardia emäsparia, enemmän kuin koko genomi (3,2 miljardia emäsparia), koska useita neandertalilaisen DNA:n osia luettiin useana kopioina. Todellisuudessa vain 63 % neandertalin genomista (2 miljardia emäsparia, jos toistuvat fragmentit poissuljetaan) on purettu, ja loput 37 % sen pituudesta (1,2 miljardia emäsparia) ei ole vielä tunnistettu [6] . Ensimmäinen luonnosaineisto osoitti esimerkiksi, että ero nykyajan ihmisen ja neandertalin genomien välillä on noin 12,8 % erosta ihmisen ja simpanssin genomien välillä . Lct -geenin puuttuminen neandertalin genomista viittaa siihen, että neandertalilaiset eivät pystyneet sulattamaan laktoosia [10] [11] . Vuonna 2010 Science-lehdessä julkaistiin artikkeli, jossa selvitettiin neandertalin genomia 1,3-kertaisella kattavuudella Vindia-luolasta peräisin olevista Vi33.16-, Vi33.25- ja Vi33.26-näytteistä . Olettaen, että keskimääräinen DNA-ero ihmisen ja simpanssin genomien välillä on 6,5 miljoonaa vuotta sitten, on saatu karkea arvio neandertalin ja nykyajan ihmisen autosomaalisten DNA-sekvenssien eroamisajasta 825 000 vuotta sitten [12] [13] .
Lisätutkimukset paljastivat viisi geeniä, jotka liittyvät ihon toimintaan, henkiseen toimintaan ja energia-aineenvaihduntaan, joita on nyky-ihmisessä ja joita ei löydetty neandertalilaisilta ja joiden muutokset ovat selvästi mukautuvia [14] .
Joulukuussa 2013 Nature julkaisi artikkelin ensimmäisestä kattavasta neandertalin genomista. Aikuisen neandertalinaisen Denisova 5 (Altai Neandertal) Denisovan luolasta 11.4, 50 tuhatta vuotta vanhasta kerroksesta, joka löydettiin vuonna 2010 [15] , neljännen tai viidennen varpaan proksimaalisen sorman geneettinen materiaali analysoitiin yksityiskohtaisesti jokaisen asennon mukaan. Neandertalin genomista luettiin keskimäärin 50 kertaa. Ihmisen genomin 1,7 gigaemäksen DNA-sekvenssistä 99,9 % on peitetty ainakin kymmenen kertaa. Denisova 5:n vanhemmat olivat sukulaisia velipuolien ja sisarten tasolla. Nykyajan ihmisen DNA:n kontaminaatio mitokondrioiden ja tuman DNA-sekvensseistä arvioituna on noin 1 % [16] [17] . Geneetikot [18] julkistivat neandertalin täydellisen genomin tutkimuksen tulokset, jotta tutkijat voisivat työskennellä vapaasti tämän materiaalin kanssa [19] .
Aiemmat tutkimukset ihmisen genomista ovat osoittaneet, että on olemassa 13 alleelivarianttia , jotka ovat paljon yleisempiä eurooppalaisilla kuin afrikkalaisilla. Näistä 13 variantista 10 löydettiin neandertalin genomista, mikä oli yksi argumenteista Homo sapiensin risteyttämisen puolesta neandertalilaisten kanssa Euroopassa ja Aasiassa [20] . Nykyaikaisten ei-afrikkalaisten genomista 1-3 % on neandertalilaisia geenejä, kun taas eurooppalaiset kantavat hieman vähemmän neandertalilaisia geenejä kuin aasialaiset [21] . 0,3–0,7 % neandertalilaisten geeneistä löytyy afrikkalaisten DNA:sta [22] [23] ja noin 5 % Altain neandertalin geeneistä sisältää afrikkalaisia mutaatioita, joita eurooppalaisilla neandertalilaisilla ei ole. Tämä viittaa siihen, että Altain neandertalilaiset risteytyivät anatomisesti nykyihmisen kanssa yli 100 000 vuotta sitten [24] [25] . 124 000 vuotta vanhan neandertalin mitokondriaalinen DNA-sekvensointi Holenstein-Stadelin luolasta (HST). n., osoitti, että tämä neandertalilaisten alalaji erottui päärungosta 316 000 - 219 000 vuotta sitten ja risteytyi Homo sapiensin kanssa vähintään 219 tuhatta vuotta sitten [26] . Varhaisten neandertalilaisten ydingenomit Saksan Holenstein-Stadel-luolasta ja Belgian Skladina-luolasta (120 tuhatta vuotta sitten) liittyvät läheisemmin viimeisten neandertalilaisten genomeihin, jotka asuivat Länsi-Euroopassa 80 tuhatta vuotta myöhemmin kuin genomeilla. heidän aikalaisensa - neandertalilaiset, jotka asuivat silloin Siperiassa. Lisäksi HST:n ja Skladinan yksilöt ovat myös lähempänä neandertalilaisia, jotka myöhemmin miehittivät Altai-alueen ja muuttivat Siperiaan 120 000–90 000 vuotta sitten [27] . Toisin kuin ydingenomissa, Holenstein-Stadel-neandertalin mitokondriogenomissa on 70 mutaatiota, jotka erottavat sen muiden varhaisten neandertalilaisten mtDNA:sta [28] . Gibraltar 1 Neanderthal Forbes Cave ( Gibraltar ) on geneettisesti samankaltainen kuin 120 000 vuotta vanhoja neandertalilaisia. n. Belgian Skladina-luolasta (Scladina I-4A), Holenstein-Stadelista Saksasta ja Mezmaiskaya 1 Neanderthalista Mezmaiskayan luolasta (Venäjä) kuin 49 000 vuotta vanhasta myöhään neandertalin El Sidrónista 1253 El Sidrónin luolasta Pohjois -Espanjassa ja muut myöhään neandertalilaiset Euroopasta ja Länsi-Aasiasta. Gibraltar 1:n, Vindija 33.19 ( Vindian luola Kroatiassa) ja Chagyrskaya 8:n ( Chagyrskayan luola Venäjällä) neandertalin genomit ovat lähempänä toisiaan kuin neandertalin Altain neandertalin genomi Denisovan luolasta Venäjältä. Tutkijat ovat myös onnistuneet sekvensoimaan muinaisen DNA:n Gibraltar 2 -pojan jäänteistä [29] . Chagyrskaya Neanderthal Chagyrskaya 8:n genomin tutkimus 27-kertaisella kattavuudella osoitti, että Siperian neandertalilaiset asuivat suhteellisen eristetyissä alle 60 yksilön populaatioissa, kun taas Euroopasta peräisin olevat neandertalilaiset, Denisovan luolasta peräisin olevat denisovat ja muinaiset Homo sapiens näyttävät eläneen enemmän kuin suuret koot [30] .
Geneetikot pystyivät eristämään neandertalin ja denisovan mtDNA :n sedimenttiesiintymistä Denisovan luolan itägalleriassa , kun taas neandertalin ja denisovan DNA:n jälkiä löydettiin kerroksista nro 14 ja nro 15, mikä osoittaa näiden kahden lajin rinnakkaiseloa luolassa. pitkään aikaan. Myös neandertalin mtDNA:ta löydettiin Belgian Trou al'Wessen, Chagyrskayan luolissa , El-Sidronin esiintymistä [31] .
Vindian , Mezmaiskaya 2:n, Goyan ja Le Cottetin fr] luolien viimeisten eurooppalaisten neandertalilaisten genomeissa , jotka asuivat n. 45-39 tuhatta litraa. n. jo sapiensin saapumisen jälkeen Eurooppaan ei löydetty Cro-Magnon- geenien sekoittumista . Myöhäisten neandertalilaisten genomien vertailu Kaukasuksesta kotoisin olevan vanhemman neandertalin genomiin (Mezmaiskaya 1 [32] ) osoitti, että neandertalin historian lopussa neandertalilaisten väestö vaihtui todennäköisesti joko Kaukasuksella tai koko Euroopassa. Suurin osa varhaisen Homo sapiensin neandertalilaisten geenivirrasta tuli yhdestä tai useammasta alkuperäisestä neandertalilaispopulaatiosta, joka erosi viimeisistä neandertalilaisista vähintään 90 000 vuotta sitten. n. (ennen Mezmaiskaya 1 -sukulinjan eroamista), mutta sen jälkeen, kun ne erosivat aikaisemmasta siperialaisesta neandertalilaista (Altai Neandertal) noin 150 tuhatta vuotta sitten. Myöhäiset neandertalilaiset erosivat yhteisestä esi-isästä nykyihmisen kanssa noin 530 tuhatta vuotta sitten. n. (95 %:n luottamusväli - 503-565 tuhatta vuotta sitten), Denisovalaisten kanssa - noin 400 tuhatta vuotta sitten. n. (95 %:n luottamusväli - 367-484 tuhatta vuotta sitten), Altai-neandertalin kanssa - noin 150 tuhatta vuotta sitten. n. (95 %:n luottamusväli - 142-186 tuhatta vuotta sitten), Neandertalin Vindijalla 33,19 - noin 70 tuhatta vuotta sitten. n. (95 % luottamusväli 58-72 tuhatta vuotta sitten) [33] [34] . 13 neandertalin (yli 50 tuhatta vuotta sitten asuneet Pohjois-Euroopan asukkaat, Länsi-Aasian ja Lähi-idän asukkaat) mtDNA-tutkimus osoitti erittäin monipuolista geneettistä vaihtelua, joka on tyypillistä suurelle lajille. Myöhemmissä Euroopan neandertalilaisissa, jotka asuivat alle 48 tuhatta vuotta sitten. n., geneettinen vaihtelu on vähentynyt erittäin jyrkästi [35] .
90 tuhatta vuotta sitten eläneen tytön Denisovan 11 ydingenomi . n. [36] ja löydettiin vuonna 2016, 38,6 % alleeleista vastaa neandertalin genomia ja 42,3 % vastaa Denisovan genomia [37] . Tytön äiti, Denisova 11, kuului eurooppalaiseen Neandertalin Vindijaan sukua olevaan populaatioon 33.19 Kroatiasta Vindian luolasta . Samaan aikaan hänen Denisovan-isänsä neandertalilainen esi-isä, joka eli 300-600 sukupolvea ennen häntä (tai 7,5-15,0 tuhatta vuotta ennen häntä, jos sukupolven kesto paleoliittikaudella oli 25 vuotta), kuului toiselle, Altaille. Neandertalin populaatio Denisovan luolasta sekä neandertalilainen Denisova 5 [38] . Kaikista tunnetuista neandertalin DNA-näytteistä DNA, joka peittää 27-kertaisesti Chagyrskaya 8 -näytteen Chagyrskayan luolasta , joka sijaitsee noin 106 km päässä Denisovan luolasta, on läheisimmin sukua Denisova 11 -hybridin äidin DNA:lle [39] .
750 tuhatta litraa n. Neandertalin ja Denisovanin esi-isät erosivat suvusta, joka johti anatomisesti nykyaikaisiin ihmisiin. Noin 700 tuhatta litraa. n. ne nousivat Afrikasta ja levisivät Euraasiaan varhaisessa keskipleistoseenissa , selvisivät väestön vähenemisen pullonkaulasta , risteytyivät euraasialaisten kanssa "superarkaaisesta" hominiinipopulaatiosta (jotka tulivat ensimmäisenä Afrikasta 1,9 Ma) ja suurelta osin korvasivat heidät. Ristiittymisajankohtaan mennessä neandertal-denisovialainen populaatio ja superarkaainen populaatio erosivat toisistaan 1,2 miljoonan vuoden ajanjaksolla - pidempään kuin mikään aiemmin risteytyneen ihmispopulaatiopari. Neandertal-denisovian väestö jakautui (T ND ) 737 tuhatta vuotta sitten. n. itäisiin ja läntisiin väestöryhmiin - Denisovans (Denisovans) ja Neanderthals (Neanderthals). Neandertal-denisovialaisen väestön koko ennen eroamista oli yllättävän pieni: N ND ≈ 500. Superarkaaisen väestön (N S ) koko saattoi olla 20-50 tuhatta ihmistä. Hän erosi (T XYNDS ) muista homoista noin 2,3 miljoonaa vuotta sitten. n. (95 %:n luottamusväli on 1,9–2,5 miljoonaa vuotta sitten, mutaationopeudella 0,38 × 10–9 mutaatiota nukleotidikohtaa kohden vuodessa) tai 1,9 miljoonaa vuotta. n. (95 %:n luottamusväli on 1,8–2,2 miljoonaa vuotta sitten mutaationopeudella 0,45 × 10–9 mutaatiota nukleotidikohtaa kohti vuodessa). Mutaationopeudella 0,5 × 10 -9 nukleotidikohtaa kohden vuodessa, luottamusvälin alaraja on 1,6 miljoonaa vuotta sitten. On mahdollista, että neandertalilaiset ja denisovalaiset saivat geenivirtansa kahdesta eri "superarkaaisesta" populaatiosta. Aikana 455 tuhatta litraa. n. (T N0 ) jopa 737 tuhatta litraa. n. (T ND ) tehokas neandertalipopulaation koko oli suuri: N N0 ≈ 16 000. Myöhemmällä aikakaudella tehokas neandertalilaisten populaatiokoko oli pienempi: N N1 ≈ 3 400 [40] [41] .
El Sidronista peräisin olevan neandertalin Y-kromosomin mukaan neandertalin ja nykyihmisen sukulinjan eroamisajankohdan arvioitiin olevan 588 tuhatta vuotta sitten (95 %:n luottamusväli: 447-806 tuhatta vuotta sitten) [42] . Kolmen neandertalilaisen Y-kromosomien (Spy94a (38-39 tuhatta vuotta sitten), Mezmaiskaya2 (43-45 tuhatta vuotta sitten) ja El Sidrón (46-53 tuhatta vuotta sitten)) Y-kromosomien vertailu kahden Denisovanin Y-kromosomeihin ja Y-kromosomiin Nykyaikaisten ei-afrikkalaisten kromosomit osoittivat, että neandertalilaisten Y-kromosomilinja erottui neandertalilaisten ja nykyihmisen Y-kromosomilinjasta noin 370 tuhatta vuotta sitten. eKr., kun taas Denisovanin Y-kromosomilinja erottui nykyihmisen Y-kromosomilinjasta noin 700 tuhatta vuotta sitten [43] [44] .
Vastaamalla kahden neandertalilaisen (Vindiasta ja Denisovan luolasta), denisovan ja kahden afrikkalaisen genomit käyttämällä ARGweaver-algoritmin ARGweaver-D-laajennusta, tutkijat havaitsivat, että noin 3 % neandertalin genomista tuli risteytymisestä toisen muinaisen ihmisryhmän kanssa. noin 300 000 vuotta sitten [45] .