12万年前頃のネアンデルタール人の核DNA解析（追記有）
12万年前頃のネアンデルタール人（Homo neanderthalensis）の核DNA解析に関する研究（Peyrégne et al., 2019）が報道されました。ネアンデルタール人の早期の形態学的証拠は、頭蓋（関連記事）と頭蓋以外（関連記事）において、43万年前頃と推定されているスペイン北部の通称「骨の穴（Sima de los Huesos）洞窟」遺跡（以下、SHと省略）のホモ属集団で得られています。SH集団は、核DNAでもネアンデルタール人との近縁性が確認されています（関連記事）。ただ、ミトコンドリアDNA（mtDNA）では、SH集団はネアンデルタール人や現生人類（Homo sapiens）よりもデニソワ人と近縁です（関連記事）。
イベリア半島南部は例外かもしれませんが（関連記事）、ネアンデルタール人は4万年前頃までにほぼ絶滅した、と考えられています（関連記事）。最近の研究では、ヨーロッパからアジア中央部までのネアンデルタール人は単一集団に属し、その最終共通祖先の年代は97000年前頃と推定されています（関連記事）。4万年前頃に絶滅したネアンデルタール人は、この集団と考えられます。この集団は、高品質なゲノム配列の得られている、クロアチアのヴィンディヤ洞窟（Vindija Cave）の5万年前頃のネアンデルタール人個体（関連記事）に代表されます。ここでは、西方（ヨーロッパ）系としておきます。一方、同じく高品質なゲノム配列の得られている南シベリアのアルタイ地域のデニソワ洞窟（Denisova Cave）でも、130000～90900年前頃（関連記事）のネアンデルタール人の個体が確認されており（関連記事）、ここでは東方（アルタイ）系としておきます。
デニソワ洞窟では、母親がネアンデルタール人で父親がデニソワ人の、118100～79300年前頃の交雑第一世代個体が発見されています（関連記事）。その母親は遺伝的に、同じデニソワ洞窟の東方系個体よりも、ずっと後のクロアチアの西方系の方と類似していました。これは、アルタイ地域のネアンデルタール人集団において、13万～8万年前頃に東方系の少なくとも一部が西方系に置換された可能性を示唆します。ただ、西方系と東方系が一時的に共存した場合も想定されます。東方系と西方系の分岐は、145000～130000年前頃と推定されています。
こうした東西系統間の置換も想定されるネアンデルタール人集団の人口史を解明するには、ヨーロッパの早期ネアンデルタール人のゲノム配列が必要となりますが、これまで10万年以上前のものは、SH集団を例外として得られていませんでした。本論文は、ヨーロッパの12万年前頃のネアンデルタール人2個体のゲノムを配列しました。一方は、すでにmtDNAが解析されていた、ドイツ南西部のホーレンシュタイン-シュターデル（Hohlenstein–Stadel）洞窟（以下HSTと省略）で発見された大腿骨化石です（関連記事）。HST個体は、mtDNA系統では他のネアンデルタール人系統と最も早期に（27万年前頃、316000～219000年前）分岐した、と推定されています。年代は、mtDNA解析から124000年前頃（183000～62000年前頃）と推定されています。もう一方は、ベルギーのスクラディナ洞窟（Scladina Cave）で発見された上顎骨で、年代は、ウランとトリウムの同位体比では127000年前頃（173000～95000年前頃）、mtDNA解析では12万年前頃（168000～76000年前頃）と推定されています。
mtDNA解析に基づくネアンデルタール人集団の系統樹では、まずHST個体が他の個体群と分岐します。次に、アルタイ地域のデニソワ洞窟の個体（東方系）がヨーロッパの個体群（西方系）と分岐します。上述のようにHST個体のmtDNAはすでに解析されており、本論文でも同様の結果が得られました。スクラディナ個体のmtDNAは、デニソワ洞窟の個体とクレード（単系統群）を構成します。つまり、mtDNAに基づくネアンデルタール人の系統樹では、HST個体が「孤立系統」、スクラディナ個体が東方系に分類され、ともに西方（ヨーロッパ）系とは異なる、というわけです。
HST個体もスクラディナ個体も、年代が12万年前頃と古く、発見後数十年間に多くの人に触れているため、ゲノム規模解析に充分なDNA量を入手することは困難でした。核DNAは、HST個体で1憶6800万塩基対、スクラディナ個体で7800万塩基対の配列が得られました。ゲノムデータでは、HST個体は男性、スクラディナ個体は女性と推定され、形態学的評価と一致します。これら2個体のゲノム配列は、高品質なゲノム配列が得られている、アルタイ地域のデニソワ洞窟のネアンデルタール人個体およびクロアチアのヴィンディヤ洞窟のネアンデルタール人と比較されました。その結果、HST個体もスクラディナ個体も、東方系よりも西方系の方と密接に関連していました。本論文は、HST個体とスクラディナ個体を西方系の祖先系統と分類し、西方系ネアンデルタール人集団はヨーロッパにおいて遅くとも12万年前頃には確立していた、との見解を提示しています。ヨーロッパにおいては、8万年以上にわたるネアンデルタール人の遺伝的継続性があっただろう、というわけです。
問題となるのは、核DNAではHST個体もスクラディナ個体も西方系なのに、mtDNAでは両者とも西方系には分類されないことです。この不整合について本論文は、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAの置換との関連を指摘しています。ネアンデルタール人系統と現生人類系統との推定分岐年代は、mtDNAでは468000～360000年前頃（関連記事）、核DNAでは63万～52万年前頃（関連記事）です。本論文では採用されていませんが、両系統の分岐を25920世代前（751690年前頃）と推定する見解もあります（関連記事）。この場合、mtDNAの分岐年代との違いがさらに大きくなります。
上述のようにSH集団は、核DNAでもネアンデルタール人との近縁性が確認されていますが、ミトコンドリアDNA（mtDNA）では、ネアンデルタール人や現生人類よりもデニソワ人と近縁です。本論文は、おそらく他の早期ネアンデルタール人もデニソワ人に近いmtDNAを有していただろう、と推測しています。一方、後期ネアンデルタール人は、デニソワ人よりも現生人類に近いmtDNAを有しています。つまり、ネアンデルタール人のmtDNAは本来デニソワ人と近縁で、核DNAとも系統関係は一致していたものの、後に現生人類の祖先系統もしくはその近縁系統との交雑により、デニソワ人よりも現生人類の方と近縁になった、というわけです。もちろん、これはまだ確定的ではなく、複数の見解が提示されています（関連記事）。
本論文は、後期ネアンデルタール人のmtDNAは、現生人類の祖先系統もしくはその近縁系統との交雑によりもたらされた、との見解を前提に、HST個体とスクラディナ個体のmtDNAの由来を推測しています。以前のHST個体のmtDNA解析では、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAの置換は、遅くとも27万年前頃（316000～219000年前頃）に起きた、と推定されていました（関連記事）。本論文は、この置換のさいにネアンデルタール人系統にもたらされた多様なmtDNA系統のうちの一つが、HST個体のそれではないか、と推測しています。つまり、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAの置換は、27万年前頃よりも後だった、というわけです。
この問題に関して本論文はもう一つ仮説を提示しています。それは、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAの置換は27万年前頃以前に起き、HST個体のmtDNA系統は、ネアンデルタール人集団における孤立系統を表しているのではないか、というものです。寒冷な海洋酸素同位体ステージ（MIS）6よりも前にHST系統は他のネアンデルタール人系統と分岐し、寒冷化により各ネアンデルタール人系統は孤立して進化し、温暖なMIS5に各系統が拡散して遭遇した結果、遺伝子流動が生じたかもしれない、というわけです。本論文は、そうした遭遇が、ヨーロッパ北部より温暖で待避所として適していただろう、中東またはヨーロッパ南部からの再植民の結果だった可能性を指摘しています。
後期ホモ属の進化と相互作用は複雑だった、と私は考えています（関連記事）。ネアンデルタール人系統に限定しても、それは同様だったのでしょう。ネアンデルタール人系統でも、置換も含めて東方系と西方系との間の相互作用があったようですし、後期西方系に限定しても、相互に移動・置換があったのではないか、と推測されています（関連記事）。本論文で明らかになった、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAと核DNAの系統樹の不整合も、まだ確定的な説明ができる状況ではありません。本論文は、ネアンデルタール人の人口史をさらに詳細に解明するには、さらに古いネアンデルタール人のDNA配列が必要になる、と指摘しています。この分野の近年における研究の進展は目覚ましいので、今後も新たな知見が次々と得られることでしょう。追いついていくことは困難ですが、できるだけ多くの研究を当ブログで取り上げていくつもりです。
参考文献：
Peyrégne S. et al.(2019): Nuclear DNA from two early Neandertals reveals 80,000 years of genetic continuity in Europe. Science Advances, 5, 6, eaaw5873.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw5873
追記（2019年6月28日）
ナショナルジオグラフィックでも報道されました。
イベリア半島南部は例外かもしれませんが（関連記事）、ネアンデルタール人は4万年前頃までにほぼ絶滅した、と考えられています（関連記事）。最近の研究では、ヨーロッパからアジア中央部までのネアンデルタール人は単一集団に属し、その最終共通祖先の年代は97000年前頃と推定されています（関連記事）。4万年前頃に絶滅したネアンデルタール人は、この集団と考えられます。この集団は、高品質なゲノム配列の得られている、クロアチアのヴィンディヤ洞窟（Vindija Cave）の5万年前頃のネアンデルタール人個体（関連記事）に代表されます。ここでは、西方（ヨーロッパ）系としておきます。一方、同じく高品質なゲノム配列の得られている南シベリアのアルタイ地域のデニソワ洞窟（Denisova Cave）でも、130000～90900年前頃（関連記事）のネアンデルタール人の個体が確認されており（関連記事）、ここでは東方（アルタイ）系としておきます。
デニソワ洞窟では、母親がネアンデルタール人で父親がデニソワ人の、118100～79300年前頃の交雑第一世代個体が発見されています（関連記事）。その母親は遺伝的に、同じデニソワ洞窟の東方系個体よりも、ずっと後のクロアチアの西方系の方と類似していました。これは、アルタイ地域のネアンデルタール人集団において、13万～8万年前頃に東方系の少なくとも一部が西方系に置換された可能性を示唆します。ただ、西方系と東方系が一時的に共存した場合も想定されます。東方系と西方系の分岐は、145000～130000年前頃と推定されています。
こうした東西系統間の置換も想定されるネアンデルタール人集団の人口史を解明するには、ヨーロッパの早期ネアンデルタール人のゲノム配列が必要となりますが、これまで10万年以上前のものは、SH集団を例外として得られていませんでした。本論文は、ヨーロッパの12万年前頃のネアンデルタール人2個体のゲノムを配列しました。一方は、すでにmtDNAが解析されていた、ドイツ南西部のホーレンシュタイン-シュターデル（Hohlenstein–Stadel）洞窟（以下HSTと省略）で発見された大腿骨化石です（関連記事）。HST個体は、mtDNA系統では他のネアンデルタール人系統と最も早期に（27万年前頃、316000～219000年前）分岐した、と推定されています。年代は、mtDNA解析から124000年前頃（183000～62000年前頃）と推定されています。もう一方は、ベルギーのスクラディナ洞窟（Scladina Cave）で発見された上顎骨で、年代は、ウランとトリウムの同位体比では127000年前頃（173000～95000年前頃）、mtDNA解析では12万年前頃（168000～76000年前頃）と推定されています。
mtDNA解析に基づくネアンデルタール人集団の系統樹では、まずHST個体が他の個体群と分岐します。次に、アルタイ地域のデニソワ洞窟の個体（東方系）がヨーロッパの個体群（西方系）と分岐します。上述のようにHST個体のmtDNAはすでに解析されており、本論文でも同様の結果が得られました。スクラディナ個体のmtDNAは、デニソワ洞窟の個体とクレード（単系統群）を構成します。つまり、mtDNAに基づくネアンデルタール人の系統樹では、HST個体が「孤立系統」、スクラディナ個体が東方系に分類され、ともに西方（ヨーロッパ）系とは異なる、というわけです。
HST個体もスクラディナ個体も、年代が12万年前頃と古く、発見後数十年間に多くの人に触れているため、ゲノム規模解析に充分なDNA量を入手することは困難でした。核DNAは、HST個体で1憶6800万塩基対、スクラディナ個体で7800万塩基対の配列が得られました。ゲノムデータでは、HST個体は男性、スクラディナ個体は女性と推定され、形態学的評価と一致します。これら2個体のゲノム配列は、高品質なゲノム配列が得られている、アルタイ地域のデニソワ洞窟のネアンデルタール人個体およびクロアチアのヴィンディヤ洞窟のネアンデルタール人と比較されました。その結果、HST個体もスクラディナ個体も、東方系よりも西方系の方と密接に関連していました。本論文は、HST個体とスクラディナ個体を西方系の祖先系統と分類し、西方系ネアンデルタール人集団はヨーロッパにおいて遅くとも12万年前頃には確立していた、との見解を提示しています。ヨーロッパにおいては、8万年以上にわたるネアンデルタール人の遺伝的継続性があっただろう、というわけです。
問題となるのは、核DNAではHST個体もスクラディナ個体も西方系なのに、mtDNAでは両者とも西方系には分類されないことです。この不整合について本論文は、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAの置換との関連を指摘しています。ネアンデルタール人系統と現生人類系統との推定分岐年代は、mtDNAでは468000～360000年前頃（関連記事）、核DNAでは63万～52万年前頃（関連記事）です。本論文では採用されていませんが、両系統の分岐を25920世代前（751690年前頃）と推定する見解もあります（関連記事）。この場合、mtDNAの分岐年代との違いがさらに大きくなります。
上述のようにSH集団は、核DNAでもネアンデルタール人との近縁性が確認されていますが、ミトコンドリアDNA（mtDNA）では、ネアンデルタール人や現生人類よりもデニソワ人と近縁です。本論文は、おそらく他の早期ネアンデルタール人もデニソワ人に近いmtDNAを有していただろう、と推測しています。一方、後期ネアンデルタール人は、デニソワ人よりも現生人類に近いmtDNAを有しています。つまり、ネアンデルタール人のmtDNAは本来デニソワ人と近縁で、核DNAとも系統関係は一致していたものの、後に現生人類の祖先系統もしくはその近縁系統との交雑により、デニソワ人よりも現生人類の方と近縁になった、というわけです。もちろん、これはまだ確定的ではなく、複数の見解が提示されています（関連記事）。
本論文は、後期ネアンデルタール人のmtDNAは、現生人類の祖先系統もしくはその近縁系統との交雑によりもたらされた、との見解を前提に、HST個体とスクラディナ個体のmtDNAの由来を推測しています。以前のHST個体のmtDNA解析では、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAの置換は、遅くとも27万年前頃（316000～219000年前頃）に起きた、と推定されていました（関連記事）。本論文は、この置換のさいにネアンデルタール人系統にもたらされた多様なmtDNA系統のうちの一つが、HST個体のそれではないか、と推測しています。つまり、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAの置換は、27万年前頃よりも後だった、というわけです。
この問題に関して本論文はもう一つ仮説を提示しています。それは、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAの置換は27万年前頃以前に起き、HST個体のmtDNA系統は、ネアンデルタール人集団における孤立系統を表しているのではないか、というものです。寒冷な海洋酸素同位体ステージ（MIS）6よりも前にHST系統は他のネアンデルタール人系統と分岐し、寒冷化により各ネアンデルタール人系統は孤立して進化し、温暖なMIS5に各系統が拡散して遭遇した結果、遺伝子流動が生じたかもしれない、というわけです。本論文は、そうした遭遇が、ヨーロッパ北部より温暖で待避所として適していただろう、中東またはヨーロッパ南部からの再植民の結果だった可能性を指摘しています。
後期ホモ属の進化と相互作用は複雑だった、と私は考えています（関連記事）。ネアンデルタール人系統に限定しても、それは同様だったのでしょう。ネアンデルタール人系統でも、置換も含めて東方系と西方系との間の相互作用があったようですし、後期西方系に限定しても、相互に移動・置換があったのではないか、と推測されています（関連記事）。本論文で明らかになった、ネアンデルタール人系統におけるmtDNAと核DNAの系統樹の不整合も、まだ確定的な説明ができる状況ではありません。本論文は、ネアンデルタール人の人口史をさらに詳細に解明するには、さらに古いネアンデルタール人のDNA配列が必要になる、と指摘しています。この分野の近年における研究の進展は目覚ましいので、今後も新たな知見が次々と得られることでしょう。追いついていくことは困難ですが、できるだけ多くの研究を当ブログで取り上げていくつもりです。
参考文献：
Peyrégne S. et al.(2019): Nuclear DNA from two early Neandertals reveals 80,000 years of genetic continuity in Europe. Science Advances, 5, 6, eaaw5873.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw5873
追記（2019年6月28日）
ナショナルジオグラフィックでも報道されました。
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