アフリカ人はネアンデルタール人のDNAを持たない唯一の人類ではなかった
古代の骨から採取したDNAを用いて最初のネアンデルタール人ゲノム解析が行われた際、興味深い事実が明らかになりました。アジア、ヨーロッパ、南北アメリカの現代人は、DNAの約2%をネアンデルタール人から受け継いでいたのです。これは、現代人がアフリカを出た後にネアンデルタール人と交雑したことの証明であり、そのためアフリカ人だけがネアンデルタール人の血を引いていないと考えられてきました。
新手法「IBDmix」が切り拓く新たな地平
しかし、プリンストン大学の研究チームが学術誌「Cell」に発表した論文により、この常識が覆りました。研究チームは、ヒトゲノム中のネアンデルタール人由来配列を検出する新しい計算手法を開発。この「IBDmix」と呼ばれる手法により、初めてアフリカ系集団と非アフリカ系集団の双方からネアンデルタール人の祖先型を探索することが可能になったのです。プロジェクトを主導したのは、プリンストン大学ルイス・シグラー統合ゲノム学研究所（LSI）のジョシュア・アキー教授です。
論文の共著者であり、LSIの博士研究員であるルー・チェン氏は次のように語ります。
「アフリカ人の中にネアンデルタール人由来の痕跡を実際に検出できたのは今回が初めてです。しかも驚いたことに、そのレベルは従来考えられていたものよりも高いことが分かりました」
「IBD（同一血縁由来）」の原理とは
IBDmixという名称は、遺伝学の原理である「identity by descent（IBD、同一血縁由来）」に由来します。これは、2つの個体間でDNAのある領域が同一である場合、その個体たちがかつて共通の祖先を持っていたことを意味する概念です。IBDセグメント（共有領域）の長さは、共通の祖先から何世代離れているかによって変わります。
例えば兄弟姉妹は、共通の祖先（親）がわずか1世代前であるため、長いIBDセグメントを共有します。一方、4従兄弟同士の場合、共通の祖先が数世代前になるため、IBDセグメントは短くなります。
参照集団に依存しない画期的な手法
プリンストンの研究チームはこのIBD原理を応用し、ヒトゲノム中のネアンデルタール人DNAを特定しました。約50万年前という非常に遠い過去に共通の祖先を持つがゆえにネアンデルタール人に似ている配列と、約5万年前の比較的最近の交雑によって似ている配列を区別したのです。
従来の手法は、共有された祖先と近年の交雑を区別するために「参照集団」を利用しており、一般にはネアンデルタール人DNAをほとんど持たないと考えられていたアフリカ系集団が参照として使われていました。しかし、この依存構造には問題がありました。どの参照集団を選ぶかによって、推定されるネアンデルタール人祖先型の割合に偏りが生じうるのです。
IBDmixはアフリカ系参照集団を使用しないため、研究者らはこれを「参照フリー法」と呼んでいます。代わりに、変異の頻度やIBDセグメントの長さといったネアンデルタール人配列自体の特徴を用いて、両者を区別します。この結果、研究者らは初めてアフリカ人におけるネアンデルタール人祖先型を特定するとともに、非アフリカ人の推定値も更新。ヨーロッパ人とアジア人のネアンデルタール人DNAの量は、従来の説よりも互いに近い水準にあることを示したのです。
本研究には関与していないワシントン大学の集団遺伝学者ケリー・ハリス氏は、IBDmixによる新しい推定値が、参照パネルベースの手法が抱える技術的問題を浮き彫りにしたと指摘します。
「公刊された文献の多くの結果を見直し、同じ欠陥が他種における遺伝子流動の理解を誤らせていなかったか検証する必要があるかもしれません」
ネアンデルタール人配列の起源に関する2つの新知見
アフリカ系集団におけるネアンデルタール人祖先型の特定に加え、研究チームはその起源について2つの重要な洞察を提示しました。
第一に、アフリカ人に見られるネアンデルタール人祖先型は、ネアンデルタール人とアフリカ系集団との独立した交雑イベントによるものではないと判定されました。データの特性に基づき、研究チームは古代ヨーロッパ人のアフリカへの移住が、アフリカ系集団にネアンデルタール人祖先型をもたらしたと結論付けています。
第二に、人類史のシミュレーションデータと実在の人物のデータを比較することで、アフリカ人で検出されたネアンデルタール人祖先型の一部は、実はネアンデルタール人のゲノムへ導入されたヒト側のDNAによるものであることが判明しました。研究チームは、この「ヒトからネアンデルタール人への遺伝子流動」に関わったのは、少なくとも10万年前にアフリカ外へ拡散した初期のヒトグループであると強調しています。これは、現代人によるヨーロッパ・アジアへの拡散をもたらした出アフリカ移動よりも前、そしてネアンデルタール人DNAが現代人にもたらされた交雑イベントよりも前の出来事です。
この発見は、近縁種との交雑が我々の進化の歴史において繰り返し起こってきた一連の出来事であったことを改めて裏付けるものであり、ネアンデルタール人やデニソワ人のゲノムに含まれる現代人由来のDNA断片をめぐる近年の知見とも整合的です。
すべての現代人に残るネアンデルタール人の遺産
プリンストンの研究チームは、分析できたアフリカ系集団の数に限界があったことを認めつつも、今回の新しい手法と知見が、アフリカ大陸全体およびその他の集団におけるネアンデルタール人祖先型のさらなる研究につながることを期待しています。研究全体の意義について、チェン氏はこう述べています。
「これは、これまでに研究されたすべての現代人集団において、ネアンデルタール人ゲノムの名残が生き続けていることを示しています」
出典
プリンストン大学／論文「Identifying and Interpreting Apparent Neanderthal Ancestry in African Individuals」（Lu Chen、Aaron B. Wolf、Wenqing Fu、Liming Li、Joshua M. Akey 著）は、2020年2月20日発行のCell誌に掲載。2020年1月30日にオンライン先行公開（Chen et al., 2020, Cell 180, 1–11、DOI:10.1016/j.cell.2020.01.012）