I juli 2006 tillkännagav Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology i Tyskland och 454 Life Sciences i USA starten på arbetet med att sekvensera hela neandertalgenomet [1] .
1997 kunde de erhålla mitokondrie-DNA från humerus av typexemplaret Neanderthal 1 (Feldhofer 1), det första mtDNA-exemplaret någonsin av en neandertalare [2] .
Neandertalgenomet är i storlek nära den hos moderna människor . Preliminära resultat visar att modernt mänskligt och neandertal -DNA är ungefär 99,5% identiska. Forskare har extraherat fossilt neandertal-DNA från ett lårben av ett 38 000 år gammalt neandertalskelett från Vindia- grottan i Kroatien , såväl som andra ben som finns i Spanien , Ryssland och Tyskland . Med hjälp av schimpansen och mänskliga mitokondrie-DNA-sekvenser som referenspunkter, beräknade forskarna att datumet för divergensen mellan modern människa och neandertaler mtDNA är 660 000 ± 140 000 år [3] [4] .
Sekvensering av neandertalgenomet krävde cirka 500 mg benvävnadsprover. Projektet har varit kantat av många utmaningar, inklusive kontaminering av proverna med bakterier och mänsklig manipulation av benen i grävningen och i labbet. Endast sex benprover togs från fem neandertalare med ursprung från fyra platser: prover Vindija 33.25 och Vindija 33.16 (~44 ka BP) från Vindia Cave (Kroatien), prover av två neandertalare Feldhofer 1 ( Neanderthal 1 ) och Feldhofer 2 (~40 ka BP) från Feldhofer- grottan (Tyskland), Sidron 1253-exemplar (~49 ka BP [5] ) från El Sidron-grottan (Spanien) och exemplar Mezmaiskaya 1 (ålder för 60-70 tusen år sedan) från Mezmaiskaya-grottan ( Ryssland). Över 99% av de genetiska data kom från Vindija 33.16 från Vindia Cave . För att testa om de erhållna nukleotidsekvenserna från detta prov är typiska för en neandertalare, analyserade forskarna flera miljoner baspar från andra neandertalprover. Den största mängden jämförande genetiskt material erhölls från provet från Mezmayskaya-grottan (20 miljoner baspar), provet från El Sidron-grottan (5 miljoner baspar) och proverna från Feldhofer-grottan (2 miljoner baspar) [6] .
Jämförelse av mitokondrie-DNA extraherat 2007 från vänster lårben på en neandertalflicka från Teshik-Tash- grottan med mtDNA från ben från Okladnikov-grottan och från 13 ben från europeiska neandertalare visade likheten mellan mitokondrie-DNA från sibiriska och europeiska neandertalare [7 ] [8] [9] .
I februari 2009 tillkännagav en grupp genetiker under ledning av Svante Paabo slutförandet av det första projektet för att dechiffrera neandertalgenomet. 3,7 miljarder baspar lästes, mer än hela genomet (3,2 miljarder baspar), eftersom flera sektioner av neandertal-DNA lästes i flera kopior. I verkligheten har endast 63 % av neandertalgenomet (2 miljarder baspar, om upprepande fragment uteslutits) dechiffrerats, och de återstående 37 % av dess längd (1,2 miljarder baspar) har ännu inte identifierats [6] . Första utkast till data visade till exempel att skillnaden mellan moderna mänskliga och neandertalargenom är cirka 12,8 % av skillnaden mellan mänskliga och schimpansgenom . Frånvaron av Lct -genen i neandertalarnas genom antyder att neandertalarna inte kunde smälta laktos [10] [11] . En artikel som dechiffrerar neandertalgenomet med 1,3x täckning från proverna Vi33.16, Vi33.25 och Vi33.26 från Vindia- grottan publicerades i tidskriften Science 2010. Om man antar att den genomsnittliga DNA-divergensen mellan människans och schimpansens genom är för 6,5 miljoner år sedan, har en grov uppskattning av tidpunkten för divergensen mellan neandertalaren och moderna mänskliga autosomala DNA-sekvenser för 825 000 år sedan [12] [13] erhållits .
Ytterligare forskning avslöjade 5 gener associerade med hudfunktion, mental aktivitet och energimetabolism som finns hos moderna människor och som inte hittades hos neandertalare och vars förändringar är klart adaptiva [14] .
I december 2013 publicerade Nature en artikel om det första högtäckande neandertalgenomet. Genetiskt material från den proximala falangen på den fjärde eller femte tån hos en vuxen neandertalkvinna Denisova 5 (Altai Neandertal) från Denisova-grottan från lager 11.4, 50 tusen år gammal, hittades 2010 [15] , utsattes för detaljerad analys, varje position av neandertalgenomet lästes i genomsnitt 50 gånger. 99,9 % av de 1,7 gigabaserna av DNA-sekvenser i det mänskliga genomet har täckts minst tio gånger. Denisova 5:s föräldrar var släktingar på nivån med styvbröder och systrar. Kontaminering av modernt mänskligt DNA, uppskattat från mitokondriella och nukleära DNA-sekvenser, är cirka 1 % [16] [17] . Resultaten av studien av hela neandertalgenomet offentliggjordes av genetiker [18] så att forskare fritt kunde arbeta med detta material [19] .
Tidigare studier av det mänskliga genomet har visat att det finns 13 allelvarianter som är mycket vanligare hos européer än hos afrikaner. Av dessa 13 varianter hittades 10 i neandertalarnas genom, vilket var ett av argumenten för att korsa Homo sapiens med neandertalare i Europa och Asien [20] . 1-3% av arvsmassan hos moderna icke-afrikaner är neandertalgener, medan européer bär på något mindre neandertalgener än asiater [21] . 0,3-0,7 % av neandertalarnas gener finns i afrikanernas DNA [22] [23] och ungefär 5 % av Altai neandertalarnas gener innehåller afrikanska mutationer som europeiska neandertalare inte har. Detta tyder på att Altai Neandertalare korsade sig med anatomiskt moderna människor för över 100 000 år sedan [24] [25] . Mitokondriell DNA-sekvensering av en 124 000 år gammal neandertalare från Holenstein-Stadel- grottan (HST). n., visade att denna underart av neandertalare separerade från huvudstammen för mellan 316 000 och 219 000 år sedan och korsades med Homo sapiens för minst 219 tusen år sedan [26] . De tidiga neandertalarnas kärngenom från den tyska Holenstein-Stadel-grottan och från den belgiska Skladina-grottan (för 120 tusen år sedan) är närmare besläktade med genomen från de sista neandertalarna, som levde i Västeuropa 80 tusen år senare än med genomen. av deras samtida - neandertalare som levde då i Sibirien. Dessutom är individer av HST och Skladina också närmare neandertalarna som senare ockuperade Altai-territoriet och migrerade till Sibirien för mellan 120 000 och 90 000 år sedan [27] . I motsats till kärngenomet har det mitokondriella genomet hos Holenstein-Stadel Neanderthal 70 mutationer som skiljer det från mtDNA från andra tidiga neandertalare [28] . Gibraltar 1 Neanderthal från Forbes Cave ( Gibraltar ) är genetiskt mer lik 120 000 år gamla neandertalare. n. från Skladina-grottan i Belgien (Scladina I-4A), Holenstein-Stadel i Tyskland och på Mezmaiskaya 1 Neanderthal från Mezmaiskaya- grottan (Ryssland) än på den 49 000 år gamla sena Neanderthalaren El Sidrón 1253 från El Sidrón-grottan i norra Spanien och andra sena neandertalare från Europa och Västasien. Neandertalgenomen från Gibraltar 1, Vindija 33.19 ( Vindia Cave i Kroatien) och Chagyrskaya 8 ( Chagyrskaya Cave i Ryssland) ligger närmare varandra än Neanderthal Altai Neanderthal genomet från Denisova Cave i Ryssland. Forskare har också lyckats sekvensera gammalt DNA från resterna av en Gibraltar 2-pojke [29] . En studie av genomet av Chagyrskaya Neanderthal Chagyrskaya 8 med 27x täckning visade att sibiriska neandertalare levde i relativt isolerade populationer på mindre än 60 individer, medan neandertalare från Europa, denisovaner från Denisova-grottan och antika Homo sapiens verkar ha levt i populationer av mer än stora storlekar [30] .
Genetiker kunde isolera Neanderthal och Denisovan mtDNA från sedimentära avlagringar i East Gallery of Denisova Cave , medan spår av Neanderthal och Denisovan DNA hittades i lager nr 14 och nr 15, vilket indikerar samexistensen av dessa två arter i grottan under en lång tid. Neanderthal mtDNA hittades också i avlagringarna i den belgiska platsen Trou al'Wesse, Chagyrskaya- grottorna , El-Sidron [31] .
I genomen av de sista europeiska neandertalarna från grottorna Vindia , Mezmaiskaya 2, Goya och Le Cottet fr] , som levde ca. 45-39 tusen liter. n. redan efter ankomsten av sapiens till Europa hittades ingen inblandning av Cro-Magnon- gener . En jämförelse av de sena neandertalarnas genom med det hos en äldre neandertalare från Kaukasus (Mezmaiskaya 1 [32] ) visade att slutet av neandertalarens historia troligen såg en omsättning av neandertalarnas befolkning antingen i Kaukasus eller i hela Europa. Huvuddelen av neandertalarnas genflöde i tidiga Homo sapiens kom från en eller flera ursprungliga neandertalpopulationer som avvek från de sista neandertalarna för minst 90 000 år sedan. n. (före separationen av Mezmaiskaya 1-linjen), men efter att de splittrades från en tidigare sekvenserad neandertalare från Sibirien (Altai Neandertal) för cirka 150 tusen år sedan. Sena neandertalare separerade från en gemensam förfader med moderna människor för cirka 530 tusen år sedan. n. (95% konfidensintervall - 503-565 tusen år sedan), med Denisovans - för cirka 400 tusen år sedan. n. (95% konfidensintervall - 367-484 tusen år sedan), med Altai Neanderthal - för cirka 150 tusen år sedan. n. (95% konfidensintervall - 142-186 tusen år sedan), med neandertalaren Vindija 33.19 - för cirka 70 tusen år sedan. n. (95 % konfidensintervall för 58-72 tusen år sedan) [33] [34] . En studie av mtDNA från 13 neandertalare (invånare i norra Europa som levde för mer än 50 tusen år sedan, invånare i västra Asien och Mellanöstern) visade extremt varierande genetisk variation, vilket är typiskt för en stor art. I senare europeiska neandertalare, som levde för mindre än 48 tusen år sedan. n., genetisk variabilitet är mycket kraftigt reducerad [35] .
Kärngenomet för flickan Denisova 11 , som levde för 90 tusen år sedan. n. [36] och hittades 2016, 38,6% av allelerna motsvarar neandertalgenomet och 42,3% motsvarar Denisovan-genomet [37] . Flickans mamma, Denisova 11, tillhörde en befolkning släkt med den europeiska neandertalaren Vindija 33.19 från den kroatiska grottan Vindia . Samtidigt tillhörde den neandertaliska förfadern till hennes Denisovan-fader, som levde 300-600 generationer före honom (eller 7,5-15,0 tusen år före honom, om varaktigheten av en generation i paleolitikum var 25 år), en annan, Altai befolkning av neandertalare från Denisova-grottan , såväl som neandertalaren Denisova 5 [38] . Bland alla kända neandertal-DNA-prover är DNA med en 27-faldig täckning av Chagyrskaya 8-provet från Chagyrskaya-grottan , belägen cirka 106 km från Denisova-grottan, närmast besläktat med DNA från modern till hybriden Denisova 11 [39] .
750 tusen liter n. förfäderna till neandertalarna och denisovanerna splittrades från den härstamning som ledde till anatomiskt moderna människor. Cirka 700 tusen liter. n. de dök upp från Afrika och spred sig över Eurasien i tidig mellersta Pleistocene , överlevde flaskhalsen av befolkningsminskning, korsades med eurasier från den "superarkiska" homininbefolkningen (som först dök upp från Afrika 1,9 Ma) och ersatte dem till stor del. Vid tiden för korsningen var den neandertal-denisovianska befolkningen och den superarkaiska befolkningen separerade från varandra med en period av 1,2 miljoner år - längre än något par av mänskliga populationer som tidigare känts till att ha korsat sig. Den neandertal-denisovianska befolkningen splittrades (T ND ) för 737 tusen år sedan. n. in i de östra och västra grupperna av befolkningen - denisovaner (denisovaner) och neandertalare (neandertalare). Storleken på den neandertal-denisoviska befolkningen innan deras separation var förvånansvärt liten: N ND ≈ 500. Storleken på den superarkaiska befolkningen (NS ) kunde nå 20-50 tusen människor. Hon separerade (T XYNDS ) från andra Homo för cirka 2,3 miljoner år sedan. n. (95 % konfidensintervall är 1,9–2,5 miljoner år sedan med en mutationshastighet på 0,38 × 10–9 mutationer per nukleotidställe per år) eller 1,9 miljoner år. n. (95 % konfidensintervall är 1,8–2,2 miljoner år sedan vid en mutationshastighet på 0,45 × 10–9 mutationer per nukleotidställe och år). Med en mutationshastighet på 0,5 × 10 −9 per nukleotidställe per år är den nedre gränsen för konfidensintervallet 1,6 miljoner år sedan. Det är möjligt att neandertalare och denisovaner fick sitt genflöde från två olika "superarkiska" populationer. Under perioden från 455 tusen liter. n. (T N0 ) upp till 737 tusen liter. n. (T ND ) den effektiva neandertalpopulationens storlek var stor: N N0 ≈ 16 000. I en senare era var den effektiva neandertalpopulationen mindre: N N1 ≈ 3 400 [40] [41] .
Enligt neandertalarens Y-kromosom från El Sidron uppskattades tidpunkten för separationen av neandertalarnas och moderna mänskliga linjer till 588 tusen år sedan (95 % konfidensintervall: 447-806 tusen år sedan) [42] . Jämförelse av Y-kromosomer från tre neandertalare (Spy94a (38-39 tusen år sedan), Mezmaiskaya2 (43-45 tusen år sedan) och El Sidrón (46-53 tusen år sedan)) med Y-kromosomer från två denisovaner och med Y -kromosomer hos moderna icke-afrikanska människor visade att neandertalarnas Y-kromosomala linje separerades från den Y-kromosomala linjen som var vanlig för neandertalare och moderna människor för cirka 370 tusen år sedan. f.Kr., medan Denisovans Y-kromosomala härstamning separerades från moderna människors Y-kromosomala härstamning för cirka 700 tusen år sedan [43] [44] .
Genom att matcha genomen från två neandertalare (från Vindia och Denisova Cave), en Denisovan och två afrikaner som använder ARGweaver-D-förlängningen av ARGweaver-algoritmen, fann forskare att cirka 3 % av neandertalarnas genom kom från korsavel med en annan forntida mänsklig grupp för cirka 300 000 år sedan [45] .