Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Эколого-археологический и антропологический контексты эволюции человека современного вида
1.1.1. Палеоклиматология плейстоцена и голоцена .21
1.1.2. Археологические свидетельства 22
1.1.3. Антропологичекие и краниометрические свидетельства .23
1.2. Молекулярно-генетические данные и модели первоначального расселения
1.2.1. Данные по ядерной и митохондриальной ДНК .24
1.2.2. Данные по нерекомбинирующему району Y-хромосомы .27
1.3. Митохондриальный геном человека
1.3.1. Структура и функции 28
1.3.2. Митохондриальная биоэнергетика 33
1.3.3. Скорость мутаций .33
1.3.4. Митохондриальные болезни 35
1.3.5. Классификация патогенных мутаций, пенетрантность, гетероплазмия, критерии патогенности 36
1.3.6. Экспериментальная генная терапия 39
1.3.7. Наследственная оптическая нейропатия Лебера .40
1.4. Молекулярная изменчивость мтДНК человека
1.4.1. Популяционная геномика .41
1.4.2. Глобальная изменчивость и регион-специфичность .42
1.4.3. Отклонения от теории нейтральности, адаптивная эволюция...44
1.5. Генетические реконструкции в свете новейших исследований
1.5.1. Онлайновые ресурсы и биоинформатика .44
1.5.2. Популяционная динамика, скорость и векторы миграций .45
1.5.3. Пространственная статистика и филогеография .46
1.5.4. Концепция филогеографии 47
Глава 2. Материалы и методы
2.1. Популяции и выборки 50
2.2. Краткое описание популяций
2.2.1. Тубалары 54
2.2.2. Манси .54
2.2.3. Кеты 55
2.2.4. Нганасаны 55
2.2.5. Тувинцы .56
2.2.6. Тофалары (карагасы) 56
2.2.7. Буряты кушунские (нижнеудинские) 57
2.2.8. Эвенки 58
2.2.9. Эвены (ламуты)
2.2.10. Юкагиры 58
2.2.11. Ульчи 59
2.2.12. Удэгейцы 60
2.2.13. Негидальцы 61
2.2.14. Нивхи 61
2.2.15. Коряки 61
2.2.16. Ительмены .62
2.2.17. Чукчи 63 2.2.18. Эскимосы .63
2.3. Молекулярно-генетические методы
2.3.1. Высокоразрешающий метод гаплотипирования 64
2.3.2. Полногеномное секвенирование 65
2.4. Cтатистические методы
2.4.1. Филогенетический метод ближайших соседей 65
2.4.2. Графический метод главных компонент 66
2.4.3. Оценки молекулярной изменчивости .66
2.4.4. Филогеография и время коалесценции .66
Глава 3. Результаты и обсуждение
3.1. Разнообразие мтДНК гаплотипов .68
3.2. Макрогруппа М 71
3.3. Макрогруппа N .73
3.4. Макрогруппа R .73
3.5. Филогения по методу ближайших соседей 74
3.6. Результаты РСА плот-анализа 76
3.7. Молекулярная изменчивость 78
3.8. Митохондриальные связи с американскими индейцами 80
3.9. Предварительные выводы
3.10. Полногеномное секвенирование 82
3.11. Филогеография макрогруппы М .83
3.11.1. Гаплокластер М8 .84
3.11.1.1. Гаплогруппа М8а .84
3.11.1.2. Гаплогруппа С
3.11.1.2.1. Гаплогруппы C1 5 7 .85
3.11.1.2.2. Гаплогруппа C4 .90
3.11.1.2.3. Эволюция гаплогруппы C
3.11.1.3. Гаплогруппа Z1 .96
3.11.1.4. Обсуждение результатов .99
3.11.2. Гаплокластер D 99
3.11.2.1. Гаплогруппы D5a c 102
3.11.2.2. D-гаплогруппы Нового Света .104
3.11.2.3. Гаплогруппа D4b 105
3.11.2.4. Гаплогруппы D4е и D2 108
3.11.2.5. Гаплогруппа D4h 112
3.11.2.6. Гаплогруппа D4j .113
3.11.2.7. Обсуждение результатов 116
3.12. Филогеография макрогруппы N 116
3.12.1. Гаплогруппа А .117
3.12.2. Реликтовая гаплогруппа палео-енисейцев N2a 121
3.12.3. Гаплокластер N9 122
3.12.4. Гаплогруппа Х и тубалары северного Алтая 125
3.13. Филогеография макрогруппы R 126
3.13.1. Гаплогруппа В .126
3.13.2. Гаплогруппа Н8 .133
3.13.3. Гаплокластер U
3.13.3.1. Гаплогруппа U2e1 тубалар северного Алтая 137
3.13.3.2. Гаплогруппа U7 манси 139
3.13.3.3. Гаплогруппы U4a b d 139
3.13.3.4. Гаплогруппa U5a .142
3.13.3.5. Обсуждение результатов .
3.14. МтДНК-генофонд высоких широт: поиск сигналов отбора 143
3.15. Спектр патогенных мутаций в семьях c болезнью Лебера 146
3.16. Изоляты русских старожилов полярного Cевера - новые данные
3.16.1. Индигирщики – русскоустьинцы 155
3.16.2. Колымчане – походчане, поречане 156
3.16.3. Анадырщики – марковцы .156
3.16.4. Обсуждение результатов 157
Глава 4. Заключительная глава 159
4.1. Основные итоги исследования
4.1.1. Наследственная оптическая нейропатия Лебера .160
4.1.2. История русских старожилов полярного Севера 161
4.1.3. Митохондриальная ДНК и заселение Сибири .162
4.1.4. Родство мтДНК-гаплогрупп Сибири и Америки 167
4.2. Перспективы исследования .170
Выводы .173
Список цитируемой литературы
- Антропологичекие и краниометрические свидетельства
- Краткое описание популяций
- Митохондриальные связи с американскими индейцами
- История русских старожилов полярного Севера
Введение к работе
Актуальность. На протяжении большей части своей истории Homo sapience sapiense, как вид, эволюционировал в составе малочисленных популяций родоплеменного типа. Такие антропологические изоляты являют собою яркий пример генетического балансирования между закреплением новых аллелей на популяционном уровне либо их исчезновением под действием генного дрейфа и/или отбора в результате процессов изоляции и эндогамии (Neel 1992). Накопление высоких частот аллелей, характерных для родоплеменного изолята, существенно отличает его от изолята этнического. Последний представляет собою относительно недавний осколок панмиксной популяции и характеризуется наличием большого числа редких вариантов.
В настоящее время, многие антропологические изоляты Сибири находятся на стадии ускоренной ассимиляции и распада; тем не менее, остатки их генофондов служат бесценным источником информации, критически важной для понимании процессов заселения Северной Евразии на протяжении многих тысячелетий. Анализ характера митохондриальной изменчивости коренного населения Сибири, связанного генетической непрерывностью и культурной преемственностью с древними охотничье-собирательскими племенами, имеет непреходящее значение в эволюционной истории человека современного вида (ЧСВ).
Полногеномное секвенирование, в сочетании с филогеографическим подходом, позволяющим визуализировать «распределение генных филогений по ареалу вида» (Avis 2004), открывает новые возможности для реконструкции генетической истории коренного населения Сибири в контексте глобальной изменчивости митохондриальной ДНК (Richards et al 2016).
Цель и задачи исследования. Основной целью исследования является молекулярно-генетическая реконструкция первоначального заселения Сибирского субконтинента, определение времени и маршрутов дискретных миграций в высоких широтах Евразии и проверка существующих эколого-археологических гипотез. Достижение цели базируется, в первую очередь, на
оригинальных данных.
В ходе исследования решались следующие основные задачи: (1) восполнить существующие пробелы в митохондриальном «ландшафте» коренного населения Сибири; (2) выполнить филогеографическую реконструкцию основных эволюционных событий по заселению Сибири в эпоху позднего плейстоцена и голоцена; (3) выяснить истоки миграций на территории древней Сибири/Берингии, включая ранние и поздние миграции в Новый Свет; (4) получить новые данные по митохондриальной изменчивости генофонда русских старожилов полярного Севера Сибири; (5) исследовать мутационный спектр митохондриальных генов для идентификации функционально-значимых замен и ревизовать роль митохондриального бекграунда у носителей слабопатогенных мутаций, ассоциированных с наследственной оптической нейропатией Лебера.
Научная новизна и практическая ценность. Уникальная информация по митогеномному разнообразию подлинных аборигенов Сибири (полные последовательности мтДНК), с привлечением мировых данных, в том числе, по ископаемым ДНК, повышает надежность филогенетических реконструкций по выявлению древних генетических связей. Филогеографический подход, являясь новым приближением к визуализации потока наследственности, обеспечивает получение относительно полной картины взаимодействия региональных популяций на уровне материнских мтДНК-линий (гаплогрупп).
Исследование мтДНК-изменчивости коренного населения Сибири и русских старожилов полярного Севера проходило поэтапно: экспедиционные сборы первичных генеалогических данных и образцов, картирование мтДНК гаплотипов, секвенирование выборочных митогеномов - что гарантировало выполнение современного статистического анализа с соответствующими временными оценками ключевых филогенетических событий. Эволюционная генеалогия митогеномов, с установленной этно-популяционной принадлежностью, позволяет выявить вероятное место происхождения мтДНК-линии, располагая данный митогеном внутри определённого регионального
кластера (Behar et al 2012a). Данный подход, с учетом последних сведений в области археологии и палеоклиматологии, позволил аппроксимировать истоки и время первоначального заселения Сибирского субконтинента и последующих дискретных миграций в высоких широтах Евразии.
Полученные данные необходимы для оценки эволюционного значения отдельных сайтов и регион-специфичных вариантов мтДНК, что напрямую связано с фундаментальными вопросами биологии, в том числе, по сохранению биоразнообразия, а также имеет прикладное значение для генетического консультирования и дифференциальной молекулярной диагностики ряда наследственных нейродегенеративных заболеваний.
Положения, выносимые на защиту.
Особенностью мтДНК-генофонда коренного населения Сибири является сочетание мтДНК-линий, характерных для Европы и Ближнего Востока (W’N2, X, H’V, J’T, U’K) и, характерных для Центральной и Восточной Азии (А, N9’Y, B, R9’F, многочисленные М-производные), - взаимоклинальный характер распределения западно- и восточно-евразийских мтДНК вариантов, в общих чертах, отражает направленность векторов первоначальных миграций.
Полученные данные, в совокупности с археологическими и палеоклиматическими свидетельствами, дают основания полагать, что первоначальное заселение Алтае-Саянского региона носителями производных мтДНК-макрогрупп N/R, дивергировавших на территории Западной, Юго-Западной и Центральной Евразии, осуществлялось не позднее 38000 лет назад; производные макрогруппы М, заселявшие Сибирский субконтинент на несколько тысячелетий позже, первоначально дивергировали в благоприятных регионах Приамурья.
Южный пояс Сибири - в составе единого экологического пространства евразийских лесо-степей, отличавшихся богатством пищевых ресурсов - играл ключевое значение в поэтапном заселении Сибири и являлся основным источником формирования последующих волн миграций, в том числе, в Японию, Америку и Западную Евразию.
Апробация работы. Материалы исследования были представлены на VI международной конференции «Древние ДНК и биомолекулы», Тель-Авив, 2002; на ежегодных съездах Американского общества генетики человека -
Солт-Лейк-Сити, 2005; Новый Орлеан, 2006; Сан-Диего, 2007; Филадельфия, 2008; на XX международном конгрессе «Генетика – понимание живых систем», Берлин, 2008; на Европейских конференциях по генетике человека – Вена, 2009; 2010; Амстердам, 2011; на международных конференциях в Новосибирске - Хромосома-2009; Актуальные вопросы неврологии, 2011; Postgenome-2011.
Вклад автора. Экспедиционные сборы образцов, демографических данных и родословных в местах компактного проживания коренных народов, пробоподготовка, молекулярно-генетическое картирование гаплотипов мтДНК, полногеномное мтДНК секвенирование, подготовка статистических матриц для обработки данных, филогеографический анализ, интерпретация результатов, подготовка и написание статей.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов и обсуждения, заключения и выводов. Диссертация изложена на 219 страницах машинописного текста и содержит 20 рисунков, 4 таблицы, а также список цитируемой литературы, который включает в себя 458 публикаций. Приложения, дополнительно, изложены на 6 страницах машинописного текста.
Публикации. По результатам и проблематике настоящего исследования опубликовано 17 статей в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.
Благодарности. Я глубоко признательна профессору Рему Израилевичу Сукернику за неоценимую поддержку в научной работе и профессору Дугласу Уоллесу (Douglas C. Wallace) за предоставленную возможность неоднократных рабочих визитов в США в период 1992-2006 гг. (Center for Molecular Medicine, Emory University, Atlanta, GA; Center for Molecular and Mitochondrial Medicine and Genetics, University of California, Irvine, CA). Благодарю сотрудников
лаборатории, аспирантов и студентов за совместную плодотворную деятельность. Особую благодарность приношу коренным жителям Сибири -прямым участникам многолетнего исследования по истории первоначального заселения Северной Евразии, а также сотрудникам администраций, фельдшерских пунктов, музеев и всем другим, проявившим живой интерес и помощь, без которой невозможно было осуществить полноценную работу в отдалённых регионах.
Антропологичекие и краниометрические свидетельства
Homo sapiense sapiense является относительно молодым видом, отличающимся достаточно низким уровнем внутривидового полиморфизма. Уровень генетических различий между расами человека современного вида оказался ниже уровня, отмеченного между отдельными особями шимпанзе из одной и той же популяции - что является, вероятно, результатом многих драматических событий на ранних этапах эволюции ЧСВ и многократно повторяющихся эффектов генетического “бутылочного горлышка" в относительно короткое историческое время (Manica et al 2007).
Согласно данным, полученным c помощью новейших методов NGS (New Generation Sequensing) секвенирования, уровень генетической изменчивости ядерной ДНК африканских популяций значительно превосходит таковой вне пределов Африки. При этом, уровень изменчивости на Африканском континенте значительно варьирует от региона к региону, а наиболее древние аллели выявлены у койсан (KhoeSan) на юге Африки (Schlebusch et al 2012). Ядерные геномы глубоко дифференцированых африканских популяций отличает исключительно большое количество специфичных вариантов. Новые данные являются неоспоримыми свидетельствами «великой экспансии» ЧСВ из Африки, которая началась, согласно статистическим оценкам, около 45-60 тысяч лет назад и сопровождалась последовательным снижением уровня генетического разнообразия в процессе первоначального заселения Земного шара - в результате «серийных эффектов основателя» (Henn et al 2012).
Сравнительный анализ ПДРФ (полиморфизм длинн рестрикционных фрагментов) данных по глобальному разнообразию митохондриальной ДНК показал, что всё человечество происходит от небольшой популяции, жившей в восточной Африке, около 160-200 тысяч лет назад (Cann et al 1987; Watson et al 1997) - по иным оценкам, уже на основании полных секвенированных последовательностей мтДНК, около 100-200 (Ingman et al 2000; Behar et al 2008a; Barbieri et al 2013) или 99-234 тысяч лет назад (Soares et al 2009), в зависимости от калибровки скорости мутаций мтДНК. Филогеография наиболее древних мтДНК-линий указывает на их распределение у пигмеев центральной/западной Африки, южноафриканских бушменов и койсан (Salas et al 2002; White et al 2003; Behar et al 2008a; Quintana-Murci et al 2008; Barbieri et al 2013). Очевидно, перезаселение Африки более молодыми вариантами (в том числе, гаплотипами макрогруппы L3, предковой для евразийских макрогрупп M и N/R) предваряло единственно успешный исход на просторы Евразии - чему, в немалой степени, способствовали благоприятные климатические изменения. Первые евразийцы, вскоре после африканского исхода, вероятно, были разделены: более успешная экспансия шла вдоль южного тропического побережья Индийского океана – в Австралию и Новую Гвинею; северные мигранты неизбежно должны были столкнуться с более суровыми климатическими условиями, а также с неандертальцами (Macauley et al 2005; Forster and Matsumura 2005; Scholz et al 2007; Oppenheimer et al 2012a; 2012b; Fregel et al 2015; Liu et al 2015; Reyes-Centeno et al 2015). Археологические свидетельства сосуществования человека современного вида и неандертальцев на Алтае и в Европе датированы около 38-44 и 30-35 тысяч лет тому назад, соответственно. Пропорция неандертальских генов, выявляемая у современных людей из различных регионов мира, за исключением коренного населения Африки, составляет около 1-4% - исходя из этого, был сделан вывод, что скрещивание с неандертальцами имело место лишь вне пределов Африки. Исследуется также вопрос о смешении ЧСВ с денисовцами (или денисованами) – неизвестным до недавнего времени видом гоминин, чьи останки первоначально были обнаружены в Денисовой пещере (Green et al 2008; 2010; Krause et al 2007; 2010a; Reich et al 2010; Ghirotto et al 2011). Было выдвинуто предположение, что наиболее архаичные аллели иммунной системы человека унаследованы от денисовцев и/или неандертальцев (Abi-Rached et al 2011; Huerta-Sanchez et al 2014; Dannemann et al 2016).
Климатические колебания существенно отражались на времени и путях миграций ЧСВ. Значительный рост локальных палеолитических популяций - о чем свидетельствуют «звездоподобные» (starlike) мтДНК филогении (Forster 2004) - ассоциирован с глобальной стабилизацией климата около 30 тысяч лет тому назад. Это согласуется и с археологическими данными, свидетельствующими о формировании древних Евразийских культур: Граветтская в Европе (Pettit et al 2003), Костенковская на юге России, Мальтийская в Саяно-Байкальском регионе, Селемжинская в Приамурье (Дебец 1955; Рогачев 1957; Герасимов 1958; Деревянко и др 1994; Герасимова и др 2007), Джоукоудянь в Китае (Shang et al 2007). Прямым последствием успешной экспансии в Северной Евразии явилось заселение Нового Света в постледниковый период – при этом, митохондриальный пул древних америндов происходит от небольшого числа гаплотипов-основателей (A2, B2, C1, C4c, D1, D4h3, X2a g) и сегодня их потомки представляют собою многочисленные племена американских индейцев Северной и Южной Америки (Torroni et al 1993a; Brown et al 1998; Tamm et al 2007; Perego et al 2009; Malhi et al 2002; 2010; Kumar et al 2011; Hooshiar et al 2012). Во времена последнего ледникового максимума идет деколонизация северных широт - за исключением ряда рефугиумов, которые послужили формированию новых мтДНК вариантов и, соответственно, источниками миграций в более благоприятный период. Осевшие в берингийских рефугиумах, вдоль побережья Северной Пацифики, немногочисленные племена морских охотников-собирателей явились предковыми для чукчей, эскимосов, алеутов и индейцев надене – унаследовавших относительно более молодые транс-берингийские гаплогруппы A2a b, D2a и D4b1a2a1 (Starikovskaya et al 1998; 2005; Derbeneva et al 2002b; Ingman and Gyllensten 2007; Volodko et al 2008; Gilbert et al 2008; Achilli et al 2013; Sukernik et al 2012; Dryomov et al 2015).
Краткое описание популяций
Тубалары - прямые потомки древних племён охотников-собирателей, населявших хвойные леса между озером Телецкое и рекой Катунь (бассейн Оби). На протяжении веков тубалары сохраняют подразделение на экзогамные патрилинейные кланы и тесно контактируют с челканцами и кумандинцами - двумя другими коренными народами северного Алтая. В конце ХIХ столетия численность кумандинцев, селившихся по правому берегу Бии, составляла 768 человек (Шер, 1993), челканцы, чьи угодья простирались вдоль рек Клык, Байгол, Лебедь (бассейн Бии), насчитывали 514 человек (Аристов 1986). Племена Алтае-Саянского нагорья традиционно относились к уральской языковой семье и адаптировали тюркский язык в относительно недавнее историческое время (Radloff 1884; Потапов 1972). Согласно новой классификации, тубалары, кумандинцы и челканцы выделены в отдельную северо-алтайскую ветвь алтайской языковой семьи (Баскаков 2006). Большинство образцов получено от коренных тубалар в поселках Урлу-Аспак, Паспаул, Уймень, Кара-Кокша, Ынырга, Салганда, Туньжа, Кебезень, Санькин-аил, Артыбаш, Пыжа, Усть-Пыжа (Чойский и Турочакский районы, Республика Алтай) - лишь несколько человек имели родство с кумандинцами или челканцами по материнской линии.
Манси - племенная группа оседлых рыболовов и охотников, веками населявших северные березово-хвойные леса на склонах Уральских гор. Манси говорят на диалекте угро-финского языка уральской лингвистической семьи, в которую попадает и язык саамов (Fedorova and Koester 1994). Образцы крови собраны в поселках Шаим, Чантырья, Половинка, Шугур, расположенных в бассейне Конды (Кондинский район, Ханты-Мансийский автономный округ), а также в посёлках Щекурья, Ломбовож, Сосьва в бассейнах Малая Сосьва и Ляпин (Берёзовский район, Ханты-Мансийский автономный округ). Следует отметить, что выборка получена от доноров, родившихся в небольших родовых поселках (в общей сложности, более сорока), большинство из которых ныне уже не существует - в связи с административным укрупнением поселков и, как результат перемещения, разрушением традиционного уклада жизни.
Кеты на протяжении веков населяли бассейн Енисея в его среднем и нижнем течении. Антропологически кетов относят к смешанному европеоидно-монголоидному типу. В настоящее время реальная численность кетов составляет не более тысячи человек – и в большинстве своем они ассимилированы русскими или селькупами (западными соседями, близкими по материальной культуре, но не по языку). Язык кетов относят к палео-енисейскому изоляту, в их языке обнаружены признаки, указывающие на древние связи с урало-язычными племенами (Долгих 1960; Алексеенко 1967; Дульзон 1968; Кровоногов 1998). Половина выборки образцов получена от “верховых” кетов пос. Суломай на Подкаменной Тунгуске (Байкитский район, Красноярский край), остальные образцы собраны в Туруханске - от доноров, родом из тринадцати различных поселков (в том числе, Мадуйка, Пакулиха, Келлог, Сургутиха, Бахта), многие из которых ныне уже не существуют.
Нганасаны. В начале ХХ столетия нганасаны, коренные жители Таймыра и прямые потомки охотников на дикого северного оленя, состояли из двух родственных уралоязычных племен: авамские самоеды (соседи тундровых/лесных энцев) и, расположенные к востоку от них, вадеевские нганасаны. Земли нганасан, общей площадью свыше 100 тысяч кв. км, простирались от озера Пясино на западе, до озера Таймыр на востоке и были ограничены с севера горами Бырранга, а c юга - самым северным в Евразии лесом (Долгих 1952). Укрупнение хозяйств в 50-е годы ХХ века привело к концентрации населения вблизи факторий - в итоге, сформировались две относительно обособленные группы: авамская и таймырская (Симченко 1970). Авамские нганасаны на протяжении веков поддерживали брачные контакты с вадеями и энцами (Долгих 1952). Так, в начале ХХ века в популяцию авамов ( 550 человек) в качестве брачных партнеров были взяты 16 женщин-вадеев и 17 женщин-энцев. Образцы крови авамов (родом из восьми различных поселков) были собраны в Дудинке, образцы вадеев - на фактории Новая и в пос. Хатанга (Красноярский край). При отборе потенциальных доноров использовали информацию по родословным, составленным в 70-е годы (Гольцова и Сукерник 1979) - с целью охвата шести основных родов нганасан и нескольких родов слившихся с ними энцев.
Митохондриальные связи с американскими индейцами
Гаплокластер М8 включает три гаплогруппы М8a, C и Z, которые широко распространены в Северо-Восточной Евразии. Формирование корневого мотива М8 (4715-7196A-8584-15487T-16298) соотносится со временем 46/58 тл назад, в соответствии со cкоростью мутаций для полного митогенома и синонимичных замен (приложение 2). Первоначальный филогенетический анализ на основе пятнадцати полученных сибирских (Starikovskaya et al 2005) митогеномов позволил выявить корневые мотивы трех основных гаплогрупп С1, С4 и С5 (согласно новой классификации PhyloTree Build 16). Анализ новых данных (Volodko et al 2008) с применением программы mtPhyl, запатентованной в нашей лаборатории (http://eltsov.org/mtPhyl.aspx), позволил более детально исследовать филогенетическую эволюцию гаплогрупп (мтДНК-линий) С1, С4, С5, а также гаплогруппы С7, обнаруженной у эвенов (восточных эвенков).
Гаплогруппа М8а (+10394/DdeI +10397/AluI +14465/AccI 16184-16223-16298-16319) была выявлена нами в четырёх популяциях южного пояса Сибири (Starikovskaya et al 2005): у тофаларов (15%) и удэге (15%), а также у кушунских бурят (4%) и ульчей (4%). Результаты секвенирования и последующий филогенетический анализ (рисунок не приводится), с привлечением мировой базы данных, показал, что ульчский митогеном (AY519497) принадлежит мтДНК-линии M8а2b (4670-6671-13050), согласно новой классификации, и отличается от сестринских (коалесцирующих, наряду с ульчским AY519497, к «единому общему предку» M8а2) японских вариантов (Tanaka et al 2004) наличием двух мутаций кодирующего района мтДНК 12192 и 15106. Предковый М8а2 (2835-16184) гаплотип-основатель (FJ198227), который объединяет весьма редкие японские и китайские варианты, а также ульчский вариант AY519497, был обнаружен в Китае (Kong et al 2003b).
В целом, гаплогруппа М8а редко встречается в Северо-Восточной Евразии и, помимо вышеуказанных вариантов, была обнаружена в Монголии и в Корее (Derenko et al 2007), а также в трёх из 11-ти изученных популяций Тибета (Qin et al 2010) - с частотами около 4-5%. Cогласно суммированным данным по Индии (Maji et al 2009), М8а не была обнаружена среди многочисленных индийских М-производных -подавляющее большинство последних является специфичным для Индийского субконтинента.
По сравнению с двумя сестринскими гаплогруппами M8a и Z, гаплогруппа С наиболее широко распространена, в первую очередь, на территории Сибирского субконтинента (включая районы арктики и субарктики) и является одной из пяти (A, B, C, D, X) широко известных гаплогрупп-основательниц Нового Света – составляя, с одной стороны, более четверти митохондриального пула америндов (производные C1b-C1d, C4c) Северной/Южной Америки (Tamm et al 2007; Fagundes et al 2008; Achilli et al 2008; Perego et al 2009; Kumar et al 2011; de Saint Pierre et al 2012) и, с другой стороны, достигая максимальных частот у коренных жителей континентальной Сибири - 60-80% мтДНК генофонда тофалар, эвенков и юкагиров.
Весьма редкая для Северной Евразии гаплогруппа С1 (+10394/DdeI +10397/AluI -13259/HincII 16223-16298-16325-16327) была обнаружена в Монголии (Kolman et al 1998), Китае (Kong et al 2003a) и Японии (Tanaka et al 2004) - с частотами около 1-2%. Относительно высокая частота встречаемости С1 (около 11%) у ороков Сахалина обусловлена эффектом основателя (Бермишева и др 2005).
В Сибири была выявлена мтДНК-линия C1а (+10394/DdeI +10397/AluI -13259/HincII 16223-16298-16325-16327-16356) среди ульчей нижнего Амура (Starikovskaya et al 2005), нанайцев (Ingman and Gyllensten 2007) и бурят (Derenko et al 2007) - с частотами около 1%. По результатам проведенного филогенетического анализа полных секвенированных последовательностей мтДНК (рис. 7) выяснилось, что ульчская последовательность мтДНК С1а/AY519496 (Starikovskaya et al 2005) является сестринской для пан-американских мтДНК-линий С1b c d (Maca-Meyer et al 2001; Herrnstadt et al 2002; Mishmar et al 2003; Kivisild et al 2006; Ingman and Gyllenstein 2007) и, в то же время, является предковой для бурятской (Derenko et al 2007), нанайской (Ingman and Gyllensten 2007) и японской (Tanaka et al 2004) мтДНК-линий. Возраст филогенетического узла С1 (291dAA-16325) - корневого для мтДНК гаплотипов С1 Старого и Нового Света - составляет около 24000 лет (Volodko et al 2008), по иным оценкам около 20000 лет (Perego et al 2009). Коалесцентный возраст американских мтДНК линий С1b c d составил 19000-15000 лет (Soares et al 2009; Perego et al 2009), что соответствует оценкам возраста других панамериканских гаплогрупп и, в общем, согласуется с гипотезой о постледниковой экспансии человека современного вида в Новый Свет.
Недавние находки - ранее неизвестная мтДНК линия С1е, обнаруженная в Исландии (Ebenesersdottir et al 2011) и ископаемая ДНК древностью около 7500 лет (стоянка Южный Олений остров, Карелия), ассоциированная с мтДНК-линией C1f (Der Sarkissian et al 2014) -проливают новый свет на эволюцию гаплогруппы С1 (рис. 7). Обнаруженные вышеуказанными авторами варианты С1 указывают на генетические связи между восточными и западными популяциями, населявшими Северную Евразию в древности.
История русских старожилов полярного Севера
По результатам анализа изменчивости мтДНК коренного населения южного пояса Сибири (более 530 образцов), был опубликован редкий D вариант (Starikovskaya et al 2005), выявленный у четырёх ульчей пос. Булава, маркированный мутацией 16325 (T C), которая также характерна для пан-американской линии D1. При накоплении новых данных (Volodko et al 2008; Sukernik et al 2012) выяснилось (рис. 12), что секвенированный митогеном ульчи (EU828638) ассоциирован с линией D4h2, родственной пан-американской линии D4h3а (Perego et al 2009) и японским линиям D4h1 и D4h (Тanaka et al 2004). Выяснилось также, что полиморфизм 16325, помимо гаплогрупп-специфичности для D1 (Ingman et al 2000; Fagundes et al 2008; Kumar et al 2011; Bodner et al 2012), фиксированой около 15-22 тысяч лет назад, встречается ещё в шести различных гаплогруппах D-кластера (D4a1, D4b1b, D4b2d, D4e, D4g2a, D4h2), но уже в качестве частного полиморфизма (PhyloTree Build 16).
Следует отметить, что мтДНК-линия D4h3 впервые была выявлена на Аляске в ископаемой ДНК с археологической стоянки OYK (On Your Knees cave) древностью 10000 лет (Kemp et al 2007). В дальнейшем, в результате обширного анализа (Perego et al 2009), было показано, что пан-американская линия D4h3а (3396-4025-6285-8946-9458-16241) распространена вдоль побережья Пацифики Северной и Южной Америки с довольно низкими частотами (в среднем, около 1,5%), за исключением концентрации её в племени каяпа ( 20%).
В Старом Свете до настоящего времени не обнаружено более близких для D4h3а вариантов, нежели единственный митогеном (GenBank номер FJ168712), ассоциированный с хань, жителем провинции Шандонг на востоке Китая (Yao et al 2002). Филогенетический возраст линии D4h3а соотносится со средним возрастом (около 15-17 тысяч лет) панамериканских гаплогрупп A2, B2, C1 и D1, указывая, что D4h3а была в составе первоначальных мигрантов в Новый Свет (Perego et al 2009).
По соотношению частот мтДНК гаплотипов среди ископаемых ДНК, древностью около 6000 лет, оказалось, что мтДНК линия D4h3а имела более высокую частоту встречаемости в Новом Свете во времена среднего голоцена (Cui et al 2013) - подобные колебания характера генетической изменчивости, как известно, связаны со множеством миграционных потоков и/или генетическим дрейфом in situ.
Интересно отметить, что мтДНК-линия D4h также была обнаружена в ископаемых останках позднепалеолитических/неолитических дзёмон (остров Хоккайдо) - прямых потомков древних обитателей юго-западной провинции Северной Пацифики (Adachi et al 2009). Эти данные, наряду с проведённым филогеографическим анализом, показывают, что мтДНК линия D4h (3336-3644-5048) могла быть ассоциирована с позднепалеолитическими предками дзёмон, а её производные в настоящее время с исчезающими/редкими частотами распространены исключительно вдоль северо-западного (D4h , D4h1, D4h2, D4h3 ) и восточного (D4h3a) побережий Пацифики.
Гаплогруппа D4j в Сибири представлена производными тринадцати основных ветвлений (Volodko et al 2008; Derenko et al 2010; Sukernik et al 2012) корневого узла D4j (11696) - из двадцати известных в Евразии в настоящее время (рис. 13) - и с максимальными частотами (16% и 19%, соответственно) была выявлена у кушунских/нижнеудинских бурят (Starikovskaya et al 2005) и эвенов (Sukernik et al 2012).
Следует подчеркнуть близкие филогенетические связи целого ряда сибирских D4j производных (D4j1, D4j7-D4j10, D4j ) с северным Китаем. Так, бурятский D4j8/EU482337, тувинский D4j /HM153527 и тубаларские D4j10 (EU482379; EU482381; EU482382) гаплотипы явились предковыми (Starikovskaya et al 2005; Volodko et al 2008; Sukernik et al 2012) для китайских баргутов и камниган; есть примеры и обратной связи -баргутский D4j9a гаплотип (Derenko et al 2010) оказался предком тувинского варианта HM153528, который, в свою очередь, явился сестринским вариантом для камниган и баргутов.
Очевидно, эволюция мтДНК-линии D4j (коалесцентный возраст корневого узла 16/17 тысяч лет) связана с периодом бурной экспансии в благоприятный пост-ледниковый период, который ассоциирован с заключительной стадией позднего палеолита и расцветом древних культур -от Приамурья (Селемджа/Дюктай) до Алтая (Сростки) – и, в первую очередь, с Забайкальскими позднепалеолитическими культурами (Деревянко и др 1994; Derevianko and Volkov 1997; Derevianko and Shankov 2004), о чём ярко свидетельствуют время формирования корневого узла D4j (11696) и, так называемая, «звездоподобность» (Forster 2004) филогенетической структуры D4j, а также обнаружение, по меньшей мере пяти гаплотипов-основателей у коренного населения южного пояса Сибири (EU482337, EU482379, EU482381, EU482382, HM153527) – предковых для баргутов и камниган
В общих чертах, филогеографический анализ мтДНК-гаплогруппы D4j высвечивает стирание границ между популяциями, на уровне общих мтДНК-линий, в едином экологическом пространстве южного пояса Сибири и прилежащих территорий. Филогенетические связи с тибетскими/индийскими мтДНК производными (Chandrasekar et al 2009; Ji et al 2012; Kang et al 2013), с одной стороны, и японскими мтДНК производными (Tanaka et al 2004), с другой, очевидно, формировались на границах ареала мтДНК-линии D4j.