Gamle menneskelige DNA i Afrika syd for Sahara løfter sløret for forhistorien

Den første store undersøgelse af gammelt menneskeligt DNA fra Afrika syd for Sahara åbner et længe ventet vindue til identiteten af ​​forhistoriske befolkninger i regionen, og hvordan de bevægede sig rundt og erstattede hinanden i løbet af de sidste 8, 000 år.

Fundene, udgivet 21. september i Celle af et internationalt forskerhold ledet af Harvard Medical School, besvare flere mangeårige mysterier og afdække overraskende detaljer om afrikansk afstamning syd for Sahara-herunder genetiske tilpasninger til en jæger-samler-livsstil og de første glimt af befolkningsfordelingen, før landmænd og dyrehyrder fejede over kontinentet omkring 3, 000 år siden.

"De sidste par tusinde år var en utrolig rig og dannende periode, der er nøglen til at forstå, hvordan befolkninger i Afrika nåede dertil, hvor de er i dag, "sagde David Reich, professor i genetik ved HMS og et højt associeret medlem af Broad Institute of MIT og Harvard. "Forfædre i denne periode er et så uudforsket landskab, at alt, hvad vi lærte, var nyt."

Reich deler senior forfatterskab af undersøgelsen med Ron Pinhasi fra Wien Universitet og Johannes Krause fra Max Planck Institute for Science of Human History og University of Tübingen i Tyskland.

"Ancient DNA er det eneste værktøj, vi har til at karakterisere tidligere genomisk mangfoldighed. Det lærer os ting, vi ikke ved om historie fra arkæologi og lingvistik, og kan hjælpe os med bedre at forstå nutidens befolkninger, sagde Pontus Skoglund, en postdoktor i Reich -laboratoriet og undersøgelsens første forfatter. "Vi skal sikre, at vi bruger det til gavn for alle befolkninger rundt om i verden, måske især Afrika, som indeholder den største menneskelige genetiske mangfoldighed i verden, men har været underbetjent af det genomiske samfund. "

Lang tid kommer

Selvom gammel DNA-forskning har afsløret indsigt i befolkningshistorierne på mange områder i verden, at dykke ned i de afrikanske gruppers dybe herkomst var først muligt for nylig, fordi genetisk materiale nedbrydes for hurtigt i varme, fugtigt klima.

Teknologiske fremskridt - herunder opdagelsen af ​​Pinhasi og kolleger, at DNA vedvarer i små, tætte øreben - begynder nu at bryde klimabarrieren. Sidste år, Reich og kolleger brugte de nye teknikker til at generere de første genom-dækkende data fra de tidligste landmænd i Mellemøsten, der boede mellem 8, 000 og 12, 000 år siden.

I den nye undersøgelse, Skoglund og team, herunder kolleger fra Sydafrika, Malawi, Tanzania og Kenya, lokket DNA fra resterne af 15 gamle afrikanere syd for Sahara. Individerne kom fra en række forskellige geografiske områder og varierede i alder fra omkring 500 til 8, 500 år gammel.

Forskerne sammenlignede disse gamle genomer - sammen med det eneste andet kendte gamle genom fra regionen, tidligere udgivet i 2015-mod dem fra næsten 600 nutidens mennesker fra 59 afrikanske befolkninger og 300 mennesker fra 142 ikke-afrikanske grupper.

For hver analyse, åbenbaringer rullede ind.

"Vi piller de første lag af landbrugsovergangen syd for Sahara tilbage, "sagde Skoglund." Allerede nu kan vi se, at der var et helt andet landskab af befolkninger kun 2, 000 eller 3, 000 år siden. "

Genomisk time-lapse

Næsten halvdelen af ​​holdets prøver kom fra Malawi, leverer en række genomiske snapshots fra samme sted i tusinder af år.

Tidsserien afslørede eksistensen af ​​en gammel jæger-samlerpopulation, forskerne ikke havde forventet.

Da landbruget spredte sig i Europa og Østasien, landmænd og dyreholdere ekspanderede til nye områder og blandede sig med jæger-samlere, der boede der. Nutidens befolkninger arvede således DNA fra begge grupper.

Den nye undersøgelse fandt beviser for lignende bevægelse og blanding i andre dele af Afrika, men efter at landmændene nåede Malawi, jæger-samlere synes at være forsvundet uden at bidrage med nogen påviselig herkomst til de mennesker, der bor der i dag.

"Det ser ud til, at der var en komplet befolkningsudskiftning, "sagde Reich." Vi har ikke set klare beviser for en begivenhed som denne andre steder. "

Malawis snapshots hjalp også med at identificere en befolkning, der strakte sig fra Afrikas sydspids hele vejen til ækvator omkring 1, 400 år siden, før den forsvandt. Den mystiske gruppe delte aner med nutidens Khoe-San (eller Khoisan) mennesker i det sydlige Afrika og efterlod et par DNA-spor i mennesker fra en gruppe øer tusinder af miles væk, ud for Tanzanias kyst.

"Det er fantastisk at se disse populationer i DNA'et, der ikke eksisterer mere, "sagde Reich." Det er klart, at indsamling af yderligere DNA -prøver vil lære os meget mere. "

"Khoe-San er sådan et genetisk særpræget folk, det var en overraskelse at finde en nært beslægtet forfader så langt nord for bare et par tusinde år siden, "Tilføjede Reich.

Den nye undersøgelse fandt også ud af, at vestafrikanere kan spore deres slægt tilbage til en menneskelig forfader, der muligvis har adskilt sig fra andre afrikanske befolkninger endnu tidligere end Khoe-San.

Manglende links

Forskningen kaster ligeledes lys over oprindelsen til en anden unik gruppe, Hadza -folket i Østafrika.

"De har et tydeligt udseende, sprog og genetik, og nogle spekulerede i, at ligesom Khoe-San, de repræsenterer muligvis en meget tidlig afvigende gruppe fra andre afrikanske befolkninger, "sagde Reich." Vores undersøgelse viser, at i stedet de er på en eller anden måde midt i alt. "

Hadza, ifølge genomiske sammenligninger, er i dag tættere beslægtet med ikke-afrikanere end til andre afrikanere. Forskerne antager, at Hadza er direkte efterkommere af gruppen, der vandrede ud af Afrika, og muligvis også spredt i Afrika, efter cirka 50, 000 år siden.

En anden opdagelse ventede i Østafrika.

Forskere havde forudsagt eksistensen af ​​en gammel befolkning baseret på den observation, at nutidens mennesker i det sydlige Afrika deler aner med mennesker i Nærøsten. De 3, 000-årige rester af en ung pige i Tanzania fremlagde de manglende beviser.

Reich og kolleger formoder, at pigen tilhørte en hyrdebestand, der bidrog med betydelige aner til nutidens mennesker fra Etiopien og Somalia ned til Sydafrika. Den gamle befolkning var omkring en tredjedel af eurasierne, og forskerne var i stand til yderligere at lokalisere den herkomst til Levant -regionen.

"Med denne prøve i hånden, vi kan nu sige mere om, hvem disse mennesker var, sagde Skoglund.

Fundet satte et mysterium til ro, mens det rejste et andet:Nutidens mennesker på Afrikas Horn har yderligere forfædre i nærøsten, der ikke kan forklares af den gruppe, som den unge pige tilhørte.

Naturlig selektion

Endelig, undersøgelsen tog et første skridt i at bruge gammelt DNA til at forstå genetisk tilpasning i afrikanske befolkninger.

Det krævede "at presse vand ud af en sten", fordi forskerne arbejdede med så få gamle prøver, sagde Reich, men Skoglund var i stand til at identificere to regioner i genomet, der ser ud til at have undergået naturlig selektion i sydafrikanere.

En tilpasning øgede beskyttelsen mod ultraviolet stråling, som forskerne foreslår, kunne være relateret til livet i Kalahari -ørkenen. Den anden variant var placeret på gener relateret til smagsløg, som forskerne påpeger kan hjælpe mennesker med at opdage giftstoffer i planter.

Forskerne håber, at deres undersøgelse tilskynder til mere undersøgelse af det mangfoldige genetiske landskab for mennesker i Afrika, både fortid og nutid. Reich sagde også, at han håber, at værket minder folk om, at afrikansk historie ikke sluttede 50, 000 år siden, da grupper af mennesker begyndte at migrere til Mellemøsten og videre.

"Den sene stenalder i Afrika er som et sort hul, forskningsmæssigt, sagde Reich. "Gamle DNA kan afhjælpe det hul."