Første gamle DNA fra Vestafrika belyser den dybe menneskelige fortid

Et team af internationale forskere, som omfatter en antropolog ved Saint Louis University Madrid, gravet dybt for at finde noget af det ældste afrikanske DNA, der er registreret, i en ny undersøgelse offentliggjort i Natur .

Afrika er vores arts hjemland og rummer større menneskelig genetisk mangfoldighed end nogen anden del af planeten. Studier af gammelt DNA fra afrikanske arkæologiske steder kan kaste vigtigt lys over menneskehedens dybe oprindelse. Forskerholdet sekventerede DNA fra fire børn begravet 8, 000 og 3, 000 år siden ved Shum Laka i Cameroun, et sted udgravet af et belgisk og camerounsk hold for 30 år siden.

Fundene, "Gamle vestafrikanske fodermænd i sammenhæng med afrikansk befolkningshistorie, " udgivet 22. januar i Natur , repræsentere det første gamle DNA fra Vest- eller Centralafrika, og noget af det ældste DNA udvundet fra en afrikansk tropisk kontekst. De muliggør en ny forståelse af de dybe forfædres forhold blandt tidlige Homo sapiens i Afrika syd for Sahara.

Denne undersøgelse var et produkt af samarbejde mellem genetikere, arkæologer, biologiske antropologer og museumskuratorer baseret i Nordamerika (herunder Harvard Medical School og Université de Montréal); Europa (Royal Belgian Museum of Natural Sciences, Royal Museum for Centralafrika, Université Libre de Bruxelles og Saint Louis Universitys Madrid-campus); Cameroun (Universitetet i Yaoundé, Universitetet i Buea); og Kina (Duke Kunshan University).

Et unikt arkæologisk område med enestående bevaring

Shum Laka er et klippeskjul beliggende i 'Grassfields'-regionen i Cameroun, et sted, der længe er blevet udpeget af lingvister som den sandsynlige vugge for bantusprogene, en udbredt og mangfoldig gruppe af sprog, der tales af mere end en tredjedel af afrikanere i dag.

"Lingvister, arkæologer og genetikere har studeret oprindelsen og udbredelsen af ​​bantusprog i årtier, og Grassfields-regionen er nøglen til dette spørgsmål, " sagde Mary Prendergast, Ph.d., en professor i antropologi og professor i humaniora ved Saint Louis Universitys campus i Madrid, og en co-superviserende forfatter af undersøgelsen. "Konsensus er, at bantusproggruppen opstod i det vestlige centrale Afrika, før den spredte sig over den sydlige halvdel af kontinentet efter ca. 000 år siden. "

Denne udvidelse menes at være årsagen til, at de fleste fra central, det østlige og sydlige Afrika er genetisk nært beslægtede med hinanden og med vestafrikanere.

"Shum Laka er et referencepunkt for at forstå den dybe historie i det vest-centrale Afrika, " sagde Isabelle Ribot, Ph.d., en antropolog ved University of Montreal, der udgravede og studerede begravelserne, og er en nøgleforfatter til undersøgelsen.

Shum Laka-klippeskjulet blev udgravet i 1980'erne og 1990'erne af arkæologer fra Belgien og Cameroun. Det kan prale af en imponerende og veldateret arkæologisk optegnelse, med radiocarbondatoer, der spænder over de sidste 30, 000 år. Stenredskaber, plante- og dyrerester, og til sidst indikerer keramik kollektivt langsigtet skovbaseret jagt og indsamling og en eventuel overgang til intensiv udnyttelse af træfrugter.

Shum Laka er emblematisk for 'Stone to Metal Age', ' en kritisk æra i vest-centralafrikansk historie, der i sidste ende gav anledning til jernalderens metallurgi og landbrug. I denne æra, stedet tjente gentagne gange som gravplads for familier, med 18 individer (hovedsageligt børn) begravet i to store faser omkring 8, 000 og 3, 000 år siden.

"Sådanne begravelser er unikke for Vest- og Centralafrika, fordi menneskelige skeletter er yderst sjældne her før jernalderen, " sagde Ribot. "Tropiske miljøer og sur jord er ikke venlige for knoglekonservering, så resultaterne fra vores undersøgelse er virkelig bemærkelsesværdige."

Forskere ved Harvard Medical School prøvede petrous (det indre øre) knogler fra seks individer begravet ved Shum Laka. Fire af disse prøver producerede gammelt DNA, og blev direkte dateret på Pennsylvania State University Radiocarbon Laboratory. Den molekylære bevaring var imponerende i betragtning af begravelsesforholdene, og muliggjorde hel-genom gammel DNA-analyse.

En nyligt dokumenteret bestand af jæger-samlere

Overraskende, det gamle DNA sekventeret fra de fire børn - et par begravet 8, For 000 år siden, de andre 3, 000 år siden – afslører aner meget anderledes end de fleste bantu-talende i dag. I stedet, de er tættere på centralafrikanske jæger-samlere.

"Dette resultat tyder på, at bantu-talende, der bor i Cameroun og på tværs af Afrika i dag, ikke nedstammer fra den befolkning, som Shum Laka-børnene tilhørte, " sagde Mark Lipson, Ph.d., Harvard Medical School, hovedforfatter af undersøgelsen. "Dette understreger den ældgamle genetiske mangfoldighed i denne region og peger på en hidtil ukendt befolkning, der kun bidrog med små andele af DNA til nutidens afrikanske grupper."

Udbredelsen af ​​landbrug og hyrdedrift i Afrika – som i andre dele af verden – blev ledsaget af mange bevægelser af mennesker.

"Hvis du går 5 tilbage, For 000 år siden, stort set alle, der boede syd for Sahara, var jæger-samlere, " sagde Prendergast. "Men se på et kort over Afrika, der viser fødesøgningsgrupper i dag, og du vil se, at de er meget få og langt imellem."

Denne undersøgelse bidrager til en voksende mængde af gammel DNA-forskning, der demonstrerer ældgammel genetisk mangfoldighed og befolkningsstruktur, som siden er blevet slettet af de demografiske ændringer, der fulgte med spredningen af ​​fødevareproduktion.

En sjælden faderligt nedarvet slægt med dybe rødder

En af de udtagne individer - en teenager mand - bar en sjælden Y-kromosom haplogruppe (A00), der findes næsten ingen steder uden for det vestlige Cameroun i dag. A00 er bedst dokumenteret blandt Mbo- og Bangwa-etniske grupper, der bor ikke langt fra Shum Laka, og det er første gang, det er blevet set i gammelt DNA. A00 er en dybt divergerende haplogruppe, efter at have delt sig fra alle andre kendte menneskelige slægter omkring 300, 000-200, 000 år siden. Dette viser, at denne ældste kendte afstamning af moderne menneskelige hanner har været til stede i det vestlige centrale Afrika i mere end 8, 000 år, og måske meget længere.

Nyt lys over menneskets oprindelse

Selvom resultaterne ikke taler direkte til bantusprogets oprindelse, de kaster nyt lys over flere faser af Homo sapiens dybe historie. Forskerne undersøgte Shum Laka-børnenes DNA sammen med offentliggjort DNA fra gamle jæger-samlere fra det østlige og sydlige Afrika, samt DNA fra mange nutidige afrikanske grupper. Ved at kombinere disse datasæt, de kunne konstruere en model af divergerende slægter i løbet af den menneskelige fortid.

"Vores analyse indikerer eksistensen af ​​mindst fire store dybe menneskelige slægter, der bidrog til mennesker, der lever i dag, og som afveg fra hinanden mellem omkring 250, 000 og 200, For 000 år siden, "sagde David Reich, Ph.d., fra Harvard Medical School, seniorforfatter af undersøgelsen.

Disse slægter er forfædre til nutidens centralafrikanske jæger-samlere, sydafrikanske jæger-samlere, og alle andre moderne mennesker, med en fjerde slægt, der var en hidtil ukendt 'spøgelsespopulation', der bidrog med en lille mængde herkomst til både vestlige og østlige afrikanere.

"Denne firdobbelte stråling - inklusive positionen af ​​en dybt splittende 'spøgelse' moderne menneskeslægt - var ikke blevet identificeret før fra DNA, " sagde Reich.

Tidligere modeller for menneskelig oprindelse antydede, at nutidens sydafrikanske jæger-samlere, som delte sig fra andre befolkninger omkring 250, 000-200, For 000 år siden, repræsentere den dybeste kendte gren af ​​moderne menneskelig variation. Imidlertid, Lipson sagde, "den nye analyse tyder på, at den slægt, der bidrager til centralafrikanske jæger-samlere, er tilsvarende gammel og adskilt fra andre afrikanske populationer omkring samme tid."

Dette fund bidrager til en voksende konsensus blandt arkæologer og genetikere om, at menneskelig oprindelse i Afrika kan have involveret dybt divergerende, geografisk adskilte befolkninger.

Analyse afslørede også et andet sæt af fire menneskelige slægter, der forgrener sig mellem 80, 000 og 60, For 000 år siden, herunder de slægter, der bidrager mest med herkomsten i nutidens østlige og vestlige afrikanere og alle ikke-afrikanere.

I betragtning af denne nye model for menneskelige befolkningsforhold, Forfatterne kunne vise, at omkring en tredjedel af Shum Laka-børnenes herkomst stammede fra en slægt, der var nært beslægtet med centralafrikanske jæger-samlere, og omkring to tredjedele af deres herkomst kom fra en karakteristisk slægt, der var fjernt beslægtet med et flertal af nutidens vestafrikanere.

"Disse resultater fremhæver, hvordan det menneskelige landskab i Afrika for blot et par tusinde år siden var dybt forskelligt fra, hvad det er i dag, og understreger kraften i gammelt DNA til at løfte sløret over den menneskelige fortid, som er blevet kastet af nylige befolkningsbevægelser, " sagde Reich.

Det internationale forskerhold planlægger at vende tilbage til Shum Laka i år, dels for at hjælpe med at formidle resultater til de akademiske og bredere samfund i Cameroun. "Tværfaglige samarbejder som dette er en væsentlig del af gammel DNA-forskning, " siger Reich.

Nøgle take-aways

• Undersøgelsen undersøger DNA fra fire mennesker begravet i Shum Laka rockshelter i Cameroun, omkring 8, 000 år siden og 3, For 000 år siden, ved overgangen fra sten- til jernalder. Denne undersøgelse rapporterer det første gamle DNA, der er genfundet fra Vest- eller Centralafrika, og inkluderer noget af det ældste DNA, der er genvundet fra de afrikanske troper.
• Denne del af det vestlige centrale Afrika - 'Grassfields'-regionen i Cameroun - er blevet identificeret som den sandsynlige vugge for bantusprogene, den mest udbredte og mangfoldige gruppe af sprog i Afrika i dag. I årtier, lingvister, arkæologer, og genetikere har undersøgt bantusprogenes oprindelse og deres udbredelse.
• Ingen af ​​de udvalgte individer fra Shum Laka er tæt beslægtet med de fleste nutidige bantu-talende. I stedet, de var en del af en separat befolkning, der levede i regionen i mindst fem årtusinder, og blev senere næsten fuldstændig erstattet af meget forskellige befolkninger, hvis efterkommere omfatter de fleste mennesker, der bor i Cameroun i dag.
• Shum Laka-individerne husede omkring to tredjedele af deres herkomst fra en hidtil ukendt slægt, der var fjernt beslægtet med nutidens vestafrikanere, og omkring en tredjedel af deres herkomst fra en slægt relateret til nutidens centralafrikanske jæger-samlere. Dette fund afslører hidtil ukendt genetisk diversitet forud for spredningen af ​​fødevareproduktionen.
• Analyse af hel-genom gamle DNA-data fra disse individer gav indsigt i forholdet mellem flere tidlige forgrenede afrikanske menneskelige slægter. Resultater tyder på, at slægter, der fører til nutidens centralafrikanske jæger-samlere, sydafrikanske jæger-samlere, og alle andre moderne mennesker adskilte sig i tæt rækkefølge omkring 250, 000-200, 000 år siden.
• Et andet sæt genetiske divergenser blev identificeret, der daterede til omkring 80, 000-60, For 000 år siden, herunder den slægt, der fører til alle nutidige ikke-afrikanere.
• Disse fund styrker argumenter for nylig fremsat af arkæologer og genetikere om, at menneskelig oprindelse i Afrika kan have involveret dybt divergerende, geografisk adskilte befolkninger.