Геномный ландшафт Северной Евразии – смешение Запада и Востока

Международная команда исследователей с участием специалиста из МГУ имени М.В. Ломоносова 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». Найдены основные генетические барьеры, препятствующие потоку генов, один из самых высоких – Большой Кавказский хребет. Показано, что формирование генофонда Северной Евразии происходило в несколько этапов – на раннее смешение популяций накладывались более поздние миграционные потоки, от бронзового века до Средневековья.

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)
© Choongwon Jeong et al. 

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 статье, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution. В большой 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, — говорит 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, – рассказывает 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, — комментирует 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, — добавляет 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.

Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Ecology & Evolution   
Источник: Пресс-служба МГУ