Neandertalere har adopteret mandlige kønskromosomer fra moderne mennesker

I 1997, den allerførste Neandertal DNA-sekvens - blot en lille del af mitokondrielle genom - blev bestemt fra et individ opdaget i Neanderdalen, Tyskland, i 1856. Siden da forbedringer i molekylære teknikker har gjort det muligt for forskere ved Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology at bestemme højkvalitetssekvenser af de autosomale genomer fra flere neandertalere, og førte til opdagelsen af ​​en helt ny gruppe af uddøde mennesker, Denisovanerne, som var slægtninge til neandertalerne i Asien.

Imidlertid, fordi alle prøver, der er velbevarede nok til at give tilstrækkelige mængder DNA, er fra kvindelige individer, omfattende undersøgelser af Y-kromosomerne hos neandertalere og denisovaner har endnu ikke været mulige. I modsætning til resten af ​​det autosomale genom, som repræsenterer et rigt billedtæppe af tusindvis af genealogier af enhver persons forfædre, Y-kromosomer har en ejendommelig arvemåde - de overføres udelukkende fra far til søn. Y kromosomer, og også det moderligt nedarvede mitokondrielle DNA, har været ekstremt værdifulde for at studere menneskets historie.

Ny metode til at identificere Y-kromosommolekyler

I dette studie, forskerne identificerede tre mandlige neandertalere og to denisovaner, der potentielt var egnede til DNA-analyse, og udviklet en tilgang til at udfiske menneskelige Y-kromosommolekyler fra de store mængder mikrobielt DNA, der typisk forurener gamle knogler og tænder. Dette gjorde det muligt for dem at rekonstruere Y-kromosomsekvenserne af disse individer, hvilket ikke ville have været muligt ved brug af konventionelle metoder.

Ved at sammenligne de arkaiske menneskelige Y-kromosomer med hinanden og med Y-kromosomerne hos mennesker, der lever i dag, holdet fandt ud af, at neandertalske og moderne menneskelige Y-kromosomer ligner hinanden mere end Denisovan Y-kromosomer. "Dette var noget af en overraskelse for os. Vi ved fra at studere deres autosomale DNA, at neandertalere og denisovanere var nært beslægtede, og at mennesker, der lever i dag, er deres fjernere evolutionære fætre. Før vi først så på dataene, vi forventede, at deres Y-kromosomer ville vise et lignende billede, siger Martin Petr, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. Forskerne beregnede også, at den seneste fælles forfader til neandertaler og moderne menneskelige Y-kromosomer levede omkring 370, 000 år siden, meget nyere end tidligere antaget.

Det er efterhånden veletableret, at alle mennesker med ikke-afrikanske aner bærer en lille mængde neandertaler-DNA som et resultat af krydsning mellem neandertalere og moderne mennesker omkring 50, 000-70, 000 år siden, ganske kort efter, at moderne mennesker migrerede ud af Afrika og begyndte at sprede sig rundt i verden. Imidlertid, hvorvidt neandertalere måske også bærer noget moderne menneskeligt DNA har været et spørgsmål om nogen debat.

Disse Y-kromosomsekvenser giver nu nye beviser for, at neandertalere og tidlige moderne mennesker mødte og udvekslede gener før den store migration fra Afrika - potentielt så tidligt som i 370, 000 år siden og helt sikkert mere end 100, 000 år siden. Dette indebærer, at nogle befolkninger, der er tæt beslægtet med tidlige moderne mennesker, allerede må have været i Eurasien på det tidspunkt. Overraskende nok, denne krydsning resulterede i udskiftningen af ​​de originale Neandertal Y-kromosomer med dem fra tidlige moderne mennesker, et mønster, der ligner det, man har set for Neandertal mitokondrie-DNA i en tidligere undersøgelse.

Udvælgelse for Y-kromosomer fra tidlige moderne mennesker

I første omgang, den fuldstændige udskiftning af både Y-kromosomer og mtDNA fra tidlige neandertalere var forvirrende, da sådanne udskiftningshændelser er ret usandsynlige, at de opstår alene ved en tilfældighed. Imidlertid, forskerne brugte computersimuleringer til at vise, at den kendte lille størrelse af Neandertal-populationer kan have ført til en ophobning af skadelige mutationer i deres Y-kromosomer, som ville reducere deres evolutionære kondition. Dette ligner meget situationer, hvor ekstremt små populationsstørrelser og indavl nogle gange kan øge forekomsten af ​​nogle sygdomme. "Vi spekulerer i, at givet Y-kromosomets vigtige rolle i reproduktion og fertilitet, Neandertal Y-kromosomernes lavere evolutionære kondition kan have fået naturlig udvælgelse til at favorisere Y-kromosomerne fra tidlige moderne mennesker, i sidste ende fører til deres udskiftning, siger Martin Petr.

Janet Kelso, seniorforfatteren til undersøgelsen, er optimistisk om, at denne erstatningshypotese kan testes i den nærmeste fremtid:"Hvis vi kan hente Y-kromosomsekvenser fra neandertalere, der levede før denne hypotese om tidlige introgressionsbegivenhed, såsom 430, 000 år gamle neandertalere fra Sima de los Huesos i Spanien, vi forudser, at de stadig ville have det originale Neandertal Y-kromosom og derfor vil ligne Denisovans mere end moderne mennesker."