Internationalt team skitserer det første storstilede genomiske portræt af præcolumbianske andinske civilisationer

Et internationalt forskerhold har gennemført den første dybdegående, omfattende undersøgelse af oldtidens civilisationers genomiske historie i de centrale Andesbjerge og kysten før europæisk kontakt.

Fundene, offentliggjort online 7. maj i Celle , afsløre tidlige genetiske skel mellem grupper i nærliggende regioner, befolkningsblanding i og uden for Andesbjergene, overraskende genetisk kontinuitet midt i kulturelle omvæltninger, og forfædres kosmopolitisme blandt nogle af regionens mest kendte antikke civilisationer.

Ledet af forskere ved Harvard Medical School og University of California, Santa Cruz, holdet analyserede genom-dækkende data fra 89 individer, der levede mellem 500 og 9, 000 år siden. Af disse, 64 genomer, fra 500 til 4, 500 år gammel, blev nyligt sekventeret - mere end en fordobling af antallet af gamle individer med genom-dækkende data fra Sydamerika.

Analysen omfattede repræsentanter for ikoniske civilisationer i Andesbjergene, hvorfra ingen genom-dækkende data var blevet rapporteret før, inklusive Moche, Nasca, Wari, Tiwanaku og Inca.

"Dette var et fascinerende og unikt projekt, " sagde Nathan Nakatsuka, første forfatter af papiret og en MD/Ph.D. studerende i David Reichs laboratorium i Blavatnik Institute på HMS.

"Det repræsenterer den første detaljerede undersøgelse af Andes befolkningshistorie informeret af prækoloniale genomer med vidtgående tidsmæssig og geografisk dækning, sagde Lars Fehren-Schmitz, lektor ved UC Santa Cruz og co-senior forfatter af papiret med Reich.

"Denne undersøgelse tager også et stort skridt i retning af at rette op på den globale ubalance i gamle DNA-data, " sagde Reich, professor i genetik ved HMS og associeret medlem af Broad Institute of MIT og Harvard.

"Størstedelen af ​​publicerede gamle DNA-undersøgelser til dato har fokuseret på det vestlige Eurasien, " sagde han. "Denne undersøgelse i Sydamerika giver os mulighed for at begynde at skelne i høj opløsning den detaljerede historie om menneskelige bevægelser i denne ekstraordinært vigtige del af verden."

Opmærksomhed på Andesbjergene

De centrale Andesbjerge, omkring det nuværende Peru, er et af de få steder i verden, hvor landbrug blev opfundet i stedet for at blive adopteret fra andre steder, og hvor den tidligste tilstedeværelse af komplekse civilisationer i Sydamerika er blevet dokumenteret indtil videre. Mens regionen har været et stort fokus for arkæologisk forskning, der havde ikke været nogen systematisk karakterisering med genom-dækkende gammelt DNA indtil nu, sagde forfatterne.

Genetikere, herunder flere af de nuværende teammedlemmer, tidligere studeret den dybe genetiske historie i Sydamerika som helhed, herunder analyse af flere individer fra det andinske højland fra mange tusinde år siden. Der har også været analyser af nuværende beboere i Andesbjergene og et begrænset antal mitokondrie- eller Y-kromosom-DNA-analyser fra individuelle gamle Andes-steder.

Den nye undersøgelse, imidlertid, udvider disse resultater for at give et langt mere omfattende portræt. Nu, Nakatsuka sagde, forskere er "endelig i stand til at se, hvordan den genetiske struktur i Andesbjergene udviklede sig over tid."

Ved at fokusere på det, der ofte kaldes præcolumbiansk historie, undersøgelsen viser, hvordan store ældgamle DNA-studier kan afsløre mere om ældgamle kulturer end at studere nutidens grupper alene, sagde Reich.

"I Andesbjergene, rekonstruktion af befolkningshistorie baseret på DNA-analyse af nutidens mennesker har været udfordrende, fordi der har været så mange demografiske ændringer siden kontakten med europæere, " Forklarede Reich. "Med gamle DNA-data, vi kan udføre en detaljeret rekonstruktion af bevægelser af mennesker, og hvordan de relaterer til ændringer kendt fra den arkæologiske optegnelse."

'Ekstraordinær' gammel befolkningsstruktur

Analyserne viste, at den 9. 000 år siden, grupper, der bor i Andeshøjlandet, blev genetisk adskilt fra dem, der til sidst kom til at leve langs Stillehavskysten. Virkningerne af denne tidlige differentiering ses stadig i dag.

De genetiske fingeraftryk, der adskiller mennesker, der bor i højlandet fra dem i nærliggende områder, er "bemærkelsesværdigt gamle, " sagde Nakatsuka, som får sin ph.d. i systemer, syntetisk og kvantitativ biologi i maj.

"Det er ekstraordinært, givet den lille geografiske afstand, " tilføjede Reich.

Ved 5, 800 år siden, befolkningen i nord udviklede også forskellige genetiske signaturer fra populationer, der blev udbredt i syd, holdet fandt. Igen, disse forskelle kan observeres i dag.

Efter den tid, genflow fandt sted blandt alle regioner i Andesbjergene, selvom det aftog dramatisk efter 2, 000 år siden, holdet fandt.

"Det er spændende, at vi faktisk var i stand til at bestemme en relativt finkornet befolkningsstruktur i Andesbjergene, giver os mulighed for at skelne mellem kystnære, nordlige, sydlige og højlandsgrupper samt individer, der bor i Titicaca-bassinet, sagde Fehren-Schmitz.

"Dette er vigtigt for Andesbjergenes arkæologi og vil nu give os mulighed for at stille mere specifikke spørgsmål med hensyn til lokale demografier og kulturelle netværk, " sagde undersøgelsens medforfatter Jose Capriles fra Pennsylvania State University.

Genetisk sammenblanding

Holdet opdagede genetiske udvekslinger både inden for Andesbjergene og mellem Andes- og ikke-andinske populationer.

Gamle mennesker flyttede mellem det sydlige Peru og de argentinske sletter og mellem Perus nordkyst og Amazonas, stort set uden om højlandet, fandt forskerne.

Fehren-Schmitz var især interesseret i at afdække tegn på langdistancemobilitet i inkaperioden. Specifikt, han var overrasket over at opdage gamle nordkyst-forfædre ikke kun omkring Cusco, Peru, men også i et børneofring fra de argentinske sydlige Andesbjerge.

"Dette kunne ses som genetisk bevis for flytninger af individer under inkastyret, en praksis vi kender fra etnohistorisk, historiske og arkæologiske kilder, " han sagde.

Selvom resultaterne af genetisk sammenblanding i Andesbjergene korrelerer med kendte arkæologiske forbindelser, de vil sandsynligvis tilskynde til yderligere arkæologisk forskning for at forstå de kulturelle sammenhænge, ​​der ligger til grund for migrationerne, sagde Nakatsuka.

"Nu har vi flere beviser, der viser vigtige migrationer og nogle begrænsninger for, hvornår de skete, men der skal arbejdes videre for at vide, hvorfor netop disse migrationer fandt sted, " han sagde.

Langsigtet kontinuitet

Analyserne afslørede, at flere regioner opretholdt genetisk kontinuitet i løbet af de sidste 2, 000 år trods tydelige kulturelle transformationer.

Opdagelsen står i kontrast til mange andre verdensregioner, hvor gamle DNA-studier ofte dokumenterer en betydelig genetisk omsætning i denne periode, sagde Reich.

De befolkningsstrukturer, der tidligt opstod, fortsatte gennem store sociale forandringer og videre ind i moderne samfund, sagde forfatterne. Opdagelserne tilbyder nye beviser, der kan inkorporeres sammen med arkæologiske og andre optegnelser for at informere teorier om den gamle historie for forskellige grupper i regionen.

"Til vores overraskelse, vi observerede stærk genetisk kontinuitet under stigningen og faldet af mange af de store andinske kulturer, såsom Moche, Wari og Nasca, " sagde Nakatsuka. "Vores resultater tyder på, at disse kulturers fald ikke skyldtes massiv migration ind i regionen, f.eks., fra en invaderende militærstyrke, et scenarie, som var blevet dokumenteret i nogle andre regioner i verden."

To undtagelser fra kontinuitetstrenden var de store bycentre, som Tiwanaku- og Inca-kulturerne kaldte hjem. I stedet for at være nogenlunde genetisk homogen, hovedstadsregionerne i disse civilisationer var kosmopolitiske, vært for mennesker med mange genetiske baggrunde, holdet fandt.

"Det var interessant at begynde at se disse glimt af forfædres heterogenitet, " sagde Nakatsuka. "Disse regioner har en vis lighed med, hvad vi ser nu på steder som New York City og andre større byer, hvor mennesker af meget forskellige aner lever side om side."

Kooperativ forfatterskab

Undersøgelsen omfattede forfattere fra mange discipliner og mange lande, inklusive Argentina, Australien, Bolivia, Chile, Tyskland, Peru, Storbritannien og USA.

"Dette er en imponerende tværfaglighed, men lige så vigtigt, internationalt samarbejde, " sagde undersøgelsens medforfatter Bastien Llamas fra University of Adelaide. "Alle arbejdede meget tæt på at udarbejde dette manuskript under ledelse af Fehren-Schmitz og Reich."

Det var vigtigt at slå sig sammen med lokale videnskabsmænd, der tilhører samfund, der stammer fra de individer, der blev analyseret i undersøgelsen, Fehren-Schmitz sagde, og at indhente tilladelse fra og løbende engagere sig med indfødte og andre lokale grupper samt lokale regeringer.

Analysen af ​​DNA fra gamle individer kan have betydelige konsekvenser for nutidens samfund. Den ene vedrører den fysiske håndtering af skeletmaterialerne, som kan være følsomme over for de involverede grupper.

Arbejdet gav muligheder for at hele tidligere sår. I et tilfælde en prøve fra Cusco, tidligere huseret i USA, blev repatrieret til Peru. Andre rester, der for længst var blevet taget uretmæssigt fra gravpladser, var i stand til at kulstofdatere og genbegraves.

I mangel af præcolumbianske skrevne historier, arkæologi har været den vigtigste kilde til tilgængelig information til at rekonstruere kontinentets komplekse historie, sagde studie medforfatter Chiara Barbieri fra universitetet i Zürich.

"Med studiet af gammelt DNA, vi kan læse oldtidens gruppers demografiske historie og forstå, hvordan antikke og nutidige grupper er beslægtede, " sagde hun. "Forbindelsen med den genetiske undersøgelse af levende populationer åbner en direkte dialog med fortiden og en anledning til at involvere lokalsamfundene."

Forskerne søgte at involvere lokalsamfund dybt ved hjælp af arkæologer fra hvert område, sagde Nakatsuka. Deres indsats omfattede at holde offentlige foredrag om undersøgelsen og oversætte materialer til spansk.

"Vi var virkelig glade for at få oversat resuméet og de vigtigste resultater af vores papir og inkluderet som en del af selve Cell-papiret, at øge tilgængeligheden af ​​vores arbejde, " sagde Nakatsuka. "Vi håber fremtidige undersøgelser vil gøre lignende oversættelser, inklusive versioner, der egner sig til lægfolk til skoler, museumsudstillinger og kulturelle organisationer, hvilket vi også er i gang med."