Geny neandertalczyka, które przetrwały we współczesnym genomie, opowiadają historię interakcji trwających tysiące lat.
Ostatni DNA badania uściśliły okres, w którym neandertalczycy i współcześni ludzie krzyżowali się, do rozpiętości około 7000 lat, pozostawiając Europejczyków ze znaczącym wkładem genetycznym neandertalczyków. Odkrycia te pomagają również wyjaśnić harmonogram i trasy starożytnych migracji ludzi z Afryki.
Genetyczny wgląd w starożytne interakcje człowieka z neandertalczykiem
Nowa analiza DNA starożytnych współczesnych ludzi (Homo sapiens) w Europie i Azji określił dokładniej niż kiedykolwiek okres, w którym neandertalczycy krzyżowali się ze współczesnymi ludźmi, począwszy od około 50 500 lat temu i trwając około 7 000 lat, aż do momentu, gdy neandertalczycy zaczęli znikać.
To krzyżowanie pozostawiło Europejczyków z wieloma genami odziedziczonymi po naszych neandertalskich przodkach, co w sumie stanowi od 1% do 2% naszych dzisiejszych genomów.
Bardziej precyzyjny harmonogram interakcji współczesnego człowieka z neandertalczykami może pomóc naukowcom zrozumieć, kiedy ludzie wyemigrowali z Afryki i zaludnili kulę ziemską, natomiast zrozumienie DNA, które neandertalczycy dzielili z naszymi przodkami, dostarcza informacji na temat roli, jaką geny neandertalczyka odgrywają w zdrowiu człowieka.
Potwierdzenie archeologiczne i genetyczne
Szacunki oparte na genomie są zgodne z dowodami archeologicznymi, że współcześni ludzie i neandertalczycy żyli w Eurazji obok siebie przez od 6000 do 7000 lat. Analiza, która objęła współczesne genomy ludzkie, a także 58 starożytnych genomów sekwencjonowanych z DNA znalezionego w kościach współczesnych ludzi z całej Eurazji, ustaliła średnią datę występowania neandertalczyka-Homo sapiens krzyżowanie się około 47 000 lat temu. Poprzednie szacunki dotyczące czasu krzyżowania się wahały się od 54 000 do 41 000 lat temu.
Nowe daty sugerują również, że początkowa migracja współczesnego człowieka z Afryki do Eurazji miała miejsce w zasadzie ponad 43 500 lat temu.
„Pozwoliło nam to zbudować pełniejszy obraz przeszłości”
Manjusza Chintalapati
Kluczowe ustalenia i implikacje ewolucyjne
„Moment jest naprawdę ważny, ponieważ ma bezpośredni wpływ na nasze rozumienie czasu migracji poza Afrykę, ponieważ obecnie większość mieszkańców spoza Afryki dziedziczy 1–2% przodków od neandertalczyków” – powiedziała Priya Moorjani, adiunkt na Uniwersytecie biologii molekularnej i komórkowej na Uniwersytecie im Uniwersytet Kalifornijski w Berkeleyi jeden z dwóch starszych autorów badania. „Ma to również wpływ na zrozumienie osadnictwa w regionach poza Afryką, czego zwykle dokonuje się na podstawie materiałów archeologicznych lub skamieniałości w różnych regionach świata”.
Analiza genomu, pod kierownictwem także Benjamina Petera z Uniwersytetu Rochester w Nowym Jorku i Instytutu Antropologii Ewolucyjnej im. Maxa Plancka (MPI-EVA) w Lipsku w Niemczech, zostanie opublikowana w drukowanym numerze czasopisma z 13 grudnia Nauka. Dwoma głównymi autorami są Leonardo Iasi, absolwent MPI-EVA i Manjusha Chintalapati, była doktorantka na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, obecnie pracująca w firmie Ancestry DNA.
Dłuższy czas przepływu genów może pomóc wyjaśnić na przykład, dlaczego Azjaci ze Wschodu mają o około 20% więcej genów neandertalczyków niż Europejczycy i Azjaci z Zachodu. Gdyby współcześni ludzie przenieśli się na wschód około 47 000 lat temu, jak sugerują stanowiska archeologiczne, mieliby już wymieszane geny neandertalczyka.
„Pokazujemy, że okres mieszania był dość złożony i mógł zająć dużo czasu. Różne grupy mogły oddzielić się w ciągu 6000–7000 lat, a niektóre grupy mogły kontynuować mieszanie się przez dłuższy okres” – powiedział Peter. „Ale pojedynczy wspólny okres przepływu genów najlepiej pasuje do danych”.
„Jednym z głównych odkryć jest dokładne oszacowanie czasu domieszki neandertalczyka, które zostało wcześniej oszacowane na podstawie pojedynczych starożytnych próbek lub próbek pobranych od współczesnych osobników. Nikt nie próbował stworzyć modelu wszystkich starożytnych próbek razem” – powiedział Chintalapati. „Pozwoliło nam to zbudować pełniejszy obraz przeszłości”.
Analiza genów neandertalczyka u współczesnych ludzi
W 2016 roku Moorjani był pionierem metody wnioskowania o czasie przepływu genów neandertalczyka na podstawie często niekompletnych genomów starożytnych osobników. W tym czasie tylko pięć archaicznych Homo sapiens genomy były dostępne.
W nowym badaniu Iasi, Chintalapati i ich współpracownicy zastosowali tę technikę z 58 wcześniej zsekwencjonowanymi genomami starożytnych Homo sapiens którzy żyli w Europie, Azji Zachodniej i Środkowej przez ostatnie 45 000 lat oraz genomy 275 współczesnych ludzi na całym świecie, aby podać dokładniejszą datę — 47 000 lat temu.
Zamiast zakładać, że przepływ genów nastąpił w ciągu jednego pokolenia, wypróbowali bardziej złożone modele opracowane przez Iasiego i Petera, aby ustalić, że krzyżowanie trwało około 7000 lat, a nie było sporadyczne.
Niezależne potwierdzenie ustaleń
Moment krzyżowania się neandertalczyków i współczesnych ludzi został potwierdzony w innym, niezależnym badaniu przeprowadzonym przez badaczy MPI-EVA, a jego publikacja ma nastąpić 12 grudnia w czasopiśmie. Natura. To badanie, analiza dwóch nowo zsekwencjonowanych genomów Homo sapiens który żył około 45 000 lat temu, również znaleziono datę 47 000 lat temu.
„Chociaż starożytne genomy publikowano w poprzednich badaniach, nie poddano ich analizie pod kątem tak szczegółowego spojrzenia na pochodzenie neandertalczyków. Stworzyliśmy katalog segmentów przodków neandertalczyka u współczesnego człowieka. Łącznie analizując wszystkie te próbki, wywnioskowaliśmy, że okres przepływu genów wynosił około 7 000 lat” – powiedział Chintalapati. „Grupa Maxa Plancka faktycznie zsekwencjonowała nowe starożytne próbki DNA, co pozwoliło im bezpośrednio datować przepływ genów neandertalczyka. I wymyślili podobny moment jak my.
Pojawienie się pustyń neandertalskich
Zespół UC Berkeley/MPI-EVA przeanalizował także regiony współczesnego genomu ludzkiego, które zawierają geny odziedziczone od neandertalczyków, a także pewne obszary całkowicie pozbawione genów neandertalczyków. Odkryli, że obszary pozbawione genów neandertalczyka, tak zwane pustynie archaiczne lub neandertalskie, rozwinęły się szybko po skrzyżowaniu obu grup, co sugeruje, że niektóre warianty genów neandertalczyka w tych obszarach genomu musiały być śmiertelne dla współczesnego człowieka.
Wczesne współczesne próbki ludzkie starsze niż 40 000 lat zawierały już te pustynie w swoich genomach.
„Odkryliśmy, że bardzo pierwsi współcześni ludzie sprzed 40 000 lat nie mieli żadnych przodków na pustyniach, więc pustynie mogły powstać bardzo szybko w wyniku przepływu genów” – stwierdziła Iasi. „Przyjrzeliśmy się także zmianom w częstotliwości pochodzenia neandertalczyków w czasie i w całym genomie i znaleźliśmy regiony, które są obecne z dużą częstotliwością, prawdopodobnie dlatego, że niosą korzystne warianty przejęte od neandertalczyków”.
Adaptacyjne korzyści genów neandertalczyka
Jak wykazano w niektórych wcześniejszych badaniach, większość genów neandertalczyka o wysokiej częstotliwości jest powiązana z funkcją odpornościową, pigmentacją skóry i metabolizmem. Jeden z wariantów genu odporności odziedziczony od neandertalczyków zapewnia działanie ochronne wywołującemu je koronawirusowi COVID 19Na przykład. Częstość występowania niektórych genów neandertalczyka odpowiedzialnych za układ odpornościowy i pigmentację skóry wzrosła w 2013 r Homo sapiens z biegiem czasu, co sugeruje, że mogły one mieć korzystny wpływ na przetrwanie ludzkości.
„Neandertalczycy żyli poza Afryką, w surowym klimacie epoki lodowcowej i byli przystosowani do klimatu i patogenów występujących w tych środowiskach. Kiedy współcześni ludzie opuścili Afrykę i krzyżowali się z neandertalczykami, niektóre osoby odziedziczyły neandertalskie geny, które prawdopodobnie pozwoliły im lepiej przystosować się do środowiska i lepiej się rozwijać w środowisku” – stwierdziła Iasi.
„Fakt, że niektóre z tych regionów znajdujemy już w próbkach sprzed 30 000 lat, pokazuje, że niektóre z nich zostały faktycznie zaadaptowane natychmiast po introgresji” – dodał Chintalapati.
Inne geny, takie jak gen nadający oporność na koronawirusy, mogły nie być przydatne od razu, ale stały się przydatne później.
„Środowisko się zmienia i wtedy niektóre geny stają się korzystne” – powiedział Peter.
Wgląd w denisowian i ich pochodzenie z Azji Wschodniej
Moorjani przygląda się obecnie sekwencjom neandertalczyków u ludzi pochodzenia wschodnioazjatyckiego, którzy nie tylko mają większy odsetek genów neandertalczyków, ale także niektóre geny – do 0,1% ich genomu – z innej grupy wczesnych homininów, denisowian.
„To naprawdę fajne, że możemy zajrzeć w przeszłość i zobaczyć, jak warianty odziedziczone od naszych ewolucyjnych kuzynów, neandertalczyków i denisowian, zmieniały się z biegiem czasu” – powiedział Moorjani. „To pozwala nam zrozumieć dynamikę mieszanki neandertalczyków i współczesnych ludzi”.
Odniesienie: „Neandertalczycy przodkowie w czasie: spostrzeżenia z genomów starożytnych i współczesnych ludzi” Leonardo NM Iasi, Manjusha Chintalapati, Laurits Skov, Alba Bossoms Mesa, Mateja Hajdinjak, Benjamin M. Peter i Priya Moorjani, 13 grudnia 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adq3010
Inni współautorzy Nauka autorem byli doktoranci Laurits Skov z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley oraz Alba Bossoms Mesa i Mateja Hajdinjak z MPI-EVA. Badania Moorjaniego były wspierane przez Burroughs Wellcome Fund i Narodowe Instytuty Zdrowia (R35GM142978).
