Геномный ландшафт Северной Евразии – смешение Запада и Востока

Исследователи показали, что формирование генофонда Северной Евразии происходило в несколько этапов

Международная команда исследователей с участием специалиста из МГУ проанализировала геномы 763 человек из популяций Северной Евразии и показала, что в генофондах практически всех групп смешаны в разных долях западные и восточные компоненты.

В генетическом пространстве популяции образуют три полосы, которые довольно точно отражают их географическое положение: их назвали «лес-тундра», «степь-лес» и «южная степь». Учеными найдены основные генетические барьеры, препятствующие потоку генов. Один из самых высоких — это Большой Кавказский хребет.

Также исследователи показали, что формирование генофонда Северной Евразии происходило в несколько этапов: на раннее смешение популяций накладывались более поздние миграционные потоки, от бронзового века до Средневековья.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Ecology & Evolution.

Зоны генетических барьеров во внутренней Евразии обозначены коричневым цветом (величина барьера соответствует интенсивности цвета по шкале). Зоны генетических смешений показаны голубым цветом (степень соответствует интенсивности цвета по шкале). Фото: Nature Ecology & Evolution

Северная Евразия (в статье авторы пользуются термином Inner Eurasia - «внутренняя Евразия») включает в себя обширный регион, охватывающий Центральную Азию, Сибирь, Дальний Восток, Восточную Европу и Кавказ.

Этот регион включает в себя несколько разных экогеографических зон - от тайги и тундры на севере до степей и пустынь на юге, населяющие его народы очень разнообразны по языку и культуре. Но при таком масштабе территории ее генетический ландшафт, то есть, генетическое разнообразие популяций, и история его формирования на сегодня изучены недостаточно. Большой шаг вперед в этом направлении сделан в указанной статье.

В коллектив соавторов статьи входят специалисты из Германии, России, Казахстана, Чехии, Китая, Монголии, Армении, Украины, Эстонии, США, первые авторы статьи - Чунвон Цзеон (Институт наук об истории человека Общества Макса Планка, Германия) и Олег Балановский (Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова, Россия), руководители исследования - Дэвид Райх (Гарвардский университет, США) и Йоханнес Краузе (Институт наук об истории человека Общества Макса Планка, Германия).

Исследователи попытались нарисовать генетическую картину современного населения Северной Евразии и выявить те потоки генов и эпизоды смешения популяций, которые эту картину сформировали.

«Хотя ранее по широкогеномным маркерам и был исследован ряд проживающих здесь этнических групп, - рассказал профессор РАН Олег Балановский, - но мы организовали более сотни экспедиций для систематического изучения этого огромного региона и охватили почти каждый коренной народ Северной Евразии».

Исходным материалом для работы послужила ДНК от 763 человек 60 популяций из 9 стран (Армения, Грузия, Казахстан, Молдова, Монголия, Россия, Таджикистан, Украина и Узбекистан). В анализе генетики использовали также опубликованные данные по 2077 геномам современных жителей Евразии и данные по древним геномам.

Роль исследователя из МГУ в этом глобальном проекте - участие в его картографической части.

«С помощью программного обеспечения GeneGeo, которое было разработано мной специально для геногеографических исследований, мы создали карты распределения частот генов, - прокомментировал один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник кафедры картографии и геоинформатики географического факультета МГУ Сергей Кошель. - Также в работе были использованы некоторые инструменты анализа, реализованные в GeneGeo».

Генетические полосы на карте Северной Евразии

В генетическом пространстве большинство популяций Северной Евразии распределились в соответствии с их положением на географической карте. Они выстраиваются в три полосы, протягивающиеся в направлении с запада на восток. Авторы именуют их, исходя из соответствующих экогеографических регионов: «лес тундра», «степь-лес» и «южная степь».

При анализе генетических корней популяций авторы выяснили, что большинство из них представляет собой смесь западных и восточных компонентов, причем доли тех и других коррелируют с географической долготой местности.

«Внутренняя Евразия представляла собой проводник для миграций и культурного обмена с первого появления современного человека в этом регионе, - рассказал Чунвон Цзеон из Института наук об истории человека Общества Макса Планка, первый автор статьи. - Как результат, мы наблюдаем обмен генами между популяциями Западной и Восточной Евразии, уходящий на глубину времен. Возможность найти прямые доказательства генетического смешения в древних слоях, которые трудно увидеть в современных популяциях, очень вдохновляет».

Генетические барьеры

«Мы нашли не только коридоры, но также и барьеры для миграций, - добавил Олег Балановский. - Одни из них отделяют друг от друга исторические группы популяций, в то время как другие, такие как Большой Кавказский хребет, определенно сформированы географическим ландшафтом».

На рисунке генетические барьеры показаны коричневым цветом (величина барьера соответствует интенсивности цвета по шкале), а зоны генетических смешений (потоков генов) - голубым цветом.

Самый большой барьер образован Большим Кавказским хребтом (сплошная зеленая линия слева). Другой барьер отделяет Южную Сибирь от групп полосы «лес-тундра» на севере (сплошная зеленая линия справа). Между ними проходит более слабый барьер, к северу от Алтая-Саян (зеленая пунктирная линия).

Генофонд ботайской культуры

К опубликованным данным по древним геномам авторы добавили геномы представителей ботайской культуры эпохи энеолита в Северном Казахстане, два из которых полностью секвенировали. Ботайская культура известна тем, что, предположительно, именно в ней была впервые одомашнена лошадь.

Анализ Y-хромосом представителей ботайской культуры показал, что они принадлежат к гаплогруппе R1b, у них была найдена субветвь, обычная в евразийской степи. А по анализу полных геномов выяснилось, что в генофонде ботайской культуры смешались генетические компоненты мезолитических охотников-собирателей из Европы, верхнепалеолитических охотников-собирателей из Южной Сибири и Восточной Азии. Отмечена генетическая близость между ботайской культурой и окуневской культурой средней бронзы в Алтае-Саянском регионе.

Перекрестки миграций

Два региона привлекли особое внимание исследователей благодаря своей роли перекрестка путей миграций групп населения. В восточной части Евразии таковым служит регион Алтай-Саяны. Как показало моделирование, генетическая структура Алтая-Саян 8000 – 6000 лет назад была близка генофонду ботайской культуры.

Впоследствии на него наложились многочисленные миграционные волны, в частности миграция степных скотоводов из черноморско-каспийских степей на восток, и это значительно изменило генофонд Алтая-Саян уже в бронзовом веке.

Конечно, карты генетического ландшафта Северной Евразии будут со временем становиться все подробнее. «В ходе будущих исследований важно охватить и территории между полосами, такие как Центральный Казахстан или Восточная Сибирь», - подчеркнул Йоханнес Краузе, ведущий автор статьи.