Stammer vi alle fra en fælles kvindelig forfader?

I 1987, en gruppe genetikere offentliggjorde en overraskende undersøgelse i tidsskriftet Nature. Forskerne undersøgte mitokondrielt DNA (mtDNA) taget fra 147 mennesker på tværs af alle nutidens store racegrupper. Disse forskere fandt ud af, at slægten for alle mennesker, der lever i dag, falder på en af ​​to grene i menneskehedens slægtstræ. En af disse grene består af andet end afrikansk afstamning, den anden indeholder alle andre grupper, herunder nogle afrikanske slægter.

Endnu mere imponerende, genetikerne konkluderede, at enhver person på Jorden lige nu kan spore sin slægt tilbage til en enkelt fælles kvindelig forfader, der levede omkring 200, 000 år siden. Fordi den ene gren af ​​menneskelig slægt er af afrikansk oprindelse, og den anden også indeholder afrikansk afstamning, undersøgelsens forfattere konkluderede, at Afrika er stedet, hvor denne kvinde boede. Forskerne navngav denne fælles kvindelige forfader Mitokondrielle Eve .

Forskerne fik ideen til dette projekt baseret på en opdagelse, som en anden genetiker gjorde i 1980. Dr. Wesley Brown bemærkede, at når man sammenligner mtDNA for to mennesker, prøverne ligner meget mere end når mtDNA for to andre primater - f.eks. to chimpanser - sammenlignes. Brown fundet, faktisk, at to menneskers mtDNA kun har cirka halvt så mange forskelle som mtDNA for to andre primater inden for samme art [kilde:Cann]. Dette tyder på, at mennesker deler en meget nyere fælles forfader, end andre primater gør, en idé spændende nok til at starte naturundersøgelsen.

Undersøgelsens hovedforfatter, Rebecca Cann, kaldte sine kollegers og hendes valg om at bruge Eve som navnet "en legende misvisende, "og påpegede, at undersøgelsen ikke indebar, at mitokondriaften ikke var den første - eller eneste - kvinde på Jorden i den tid, hun levede [kilde:Cann]. I stedet for denne kvinde er simpelthen den seneste person, som alle mennesker kan spore deres slægtsforskning til. Med andre ord, der var mange kvinder, der kom foran hende og mange kvinder, der kom efter, men hendes liv er det punkt, hvorfra alle moderne grene på menneskehedens stamtræ voksede.

Da forskerne i 1987 -undersøgelsen så på prøver taget fra 147 forskellige mennesker og fostre, de fandt 133 forskellige sekvenser af mtDNA. Et par af personerne tog stikprøver, det viste sig, var for nylig relateret. Efter sammenligning af antallet af forskelle mellem mtDNA -prøver inden for racer, de fandt ud af, at afrikanere har den største mangfoldighed (dvs. det største antal forskelle) for enhver enkelt racegruppe. Dette tyder på, at mtDNA fundet hos afrikanere er det ældste:Da det har haft flest mutationer, en proces, der tager tid, det må være den ældste af slægter omkring i dag.

De to forskellige grene, de opdagede, indeholdt mtDNA, der findes i de fem hovedpopulationer på planeten:afrikansk, Asiatisk, Europæisk, Australsk og New Guinea. Forskere fandt ud af, at i den gren, der ikke udelukkende var afrikansk, racebefolkninger havde ofte mere end én slægt. For eksempel, en New Guinean slægt finder sin nærmeste slægtning i en slægt, der findes i Asien, ikke Ny Guinea. Alle slægter og begge de to grene, imidlertid, kan alle spores tilbage til et teoretisk punkt:Mitokondriel Eve.

Så hvordan endte Eva med at være menneskehedens seneste fælles forfader? Det ser vi på i denne artikel, samt nogle argumenter mod Mitochondrial Eve -teorien. Men først, hvad er mitokondrier, og hvorfor bruger forskere mtDNA til at spore slægt?

1. Lidt om mitokondrier
2. Alt om Eve
3. Et eksempel på mtDNA Research
4. Eve under angreb

Lidt om mitokondrier

Biologer har været klar over mitokondrier siden 1800 -tallet. Men det var først i slutningen af ​​1970'erne, at værdien af ​​at bruge DNA inden for mitokondrier til at spore gammel menneskelig historie blev klar. Mitokondrielt DNA adskiller sig på nogle få nøgle måder fra nukleare DNA - forskelligheden af ​​DNA placeret i kernen i hver af dine celler bestemmer din øjenfarve, racemæssige træk, modtagelighed for visse sygdomme og andre definerende egenskaber. mtDNA, på den anden side, indeholder koder til fremstilling af proteiner og udførelse af de andre processer mitokondrier foretager.

De gener, du bærer i form af atom -DNA, er resultatet af en fusion mellem din mors og fars DNA - denne fusion kaldes rekombination . mtDNA, imidlertid, stammer næsten udelukkende fra din mor. Dette skyldes, at ægget fra et kvindeligt menneske indeholder masser af mtDNA, mens mandlig sæd indeholder bare en smule mitokondrier. En af funktionerne i en enkelt mitokondrion er at generere strøm til cellen, der indeholder den, og sædceller bruger et par mitokondrier i halen til at drive deres løb mod ægget til befrugtning. Disse mitokondrier ødelægges, efter at sædcellen befrugter ægget, og dermed går ethvert mtDNA, der kunne videregives fra fars side, tabt.

Det betyder, at mtDNA er matrilineal - kun mors side overlever fra generation til generation. En mor, der kun føder sønner, vil se hendes mtDNA -slægt tabt. Undersøgelse af mtDNA hidtil har kun givet sjældne og usædvanlige tilfælde, hvor faderligt mtDNA overlever og overføres til barnet.

Mitokondrier er også værdifulde for evolutionister, fordi kopier af nøjagtig samme mtDNA, du har, kan findes i celler i hele din krop. Inden for hver celle, også, der kan være tusindvis af kopier af mtDNA. Omvendt det nukleare DNA i en celle indeholder normalt kun to kopier. Det er også lettere at udtrække mtDNA end atom -DNA, da den findes uden for cellens skrøbelige og hurtigere forfaldne kerne.

Hvad alt dette tilføjer til er, at dit mtDNA er det samme som din mors, da der ikke er nogen rekombination til at danne en tredje version, adskilt fra både din mors og fars, men en kombination af begge. Dette gør mtDNA meget lettere at spore fra et antropologisk synspunkt.

Mennesker har eksisteret i lang tid. I hundredtusinder af år har vi vandret på planeten, vores antal er vokset. Hvordan er det, at kun omkring 200, For 000 år siden blev en enlig kvinde oldemor for os alle? Skulle menneskets historie ikke gå længere tilbage end det?

Læs den næste side for at finde ud af, hvordan menneskeheden kan være kommet tæt på at uddø, at sætte scenen for mitokondriens Eve at forlade sin varige arv.

Forsker Daphne Preuss har fundet en måde at tilføje genetisk materiale til planter. Lær, hvad dette kan betyde for at forbedre afgrøder og medicinske gennembrud i denne video fra University of Chicago.

En ny webbaseret DNA-database kan hjælpe forskere med de spor, de har brug for for at slå nogle sygdomme. Se hvordan i denne video fra ScienCentral.

I denne video fra ScienCentral, du vil se, hvordan forskere har fundet DNA -beviser hos mennesker og aber, der forklarer, hvorfor menneskelige hjerner er så meget større.

Alt om Eve

Cann og hendes forskere anslog, at mitokondrie -Eve levede omkring 200, 000 år siden. Med deres fejlmargin inkluderet, hun ville have været i live mellem 500, 000 og 50, 000 år siden. I betragtning af at Eva menes at have levet i en tid, hvor der var andre kvinder i live, hvordan er det, at vi alle i dag stammer fra hende alene? Der er et par forklaringer på, hvordan kun Evas mtDNA alene kunne have overlevet, og sandsynligvis er en kombination af konvergerende faktorer ansvarlig.

Den mest sandsynlige mulighed er, at en evolutionær flaskehals skete blandt menneskeheden, mens Eva levede. Dette er en situation, hvor et stort flertal af artens medlemmer pludselig dør ud, bringe arten til randen af ​​udryddelse. Dette pludselige fald i antallet skyldes ikke nogen form for manglende tilpasning. I stedet, det er mere sandsynligt resultatet af en slags katastrofe, for eksempel, resultatet af en komet, der ramte Jorden. Bagefter, kun få medlemmer er tilbage for at genbefolke gruppen og fortsætte med at udvikle sig. Flaskehalse mistænkes for at have fundet sted på forskellige tidspunkter i menneskehedens historie, så det er ikke en fjern forestilling, at en begivenhed som denne kunne have fundet sted i Evas levetid.

En rapport udstedt i 1998 konkluderede, at omkring 70, For 000 år siden, menneskeheden blev reduceret til kun omkring 15, 000 mennesker på hele planeten [kilde:Whitehouse]. Med meget få mennesker spredt ud over planeten, menneskeheden var virkelig på randen af ​​udryddelse. Begivenheden, der forårsagede næsten tab af vores art, var et udbrud af Mount Toba i Sumatra. Dette vulkanudbrud var så enormt, at det sænkede globale temperaturer, dræbte de dyr og planter, der nærede mennesker og ansporede den koldeste istid, planeten har set, varig 1, 000 år.

Mitochondrial Eve -teorien fremkalder lignende scenarier. Hvis den menneskelige befolkning blev reduceret dramatisk, og der var ikke mange kvinder til at få børn, scenen er indstillet til en ”Lucky Mother, ”Som Cann udtrykker det, at dukke op som en seneste fælles forfader. Det er muligt, at efter et par generationer, de andre kvinders mtDNA døde ud. Hvis en kvinde kun får mandlige afkom, hendes mtDNA bliver ikke videregivet, da børn ikke modtager mtDNA fra deres far. Det betyder, at mens kvindens sønner vil have sit mtDNA, hendes børnebørn vil ikke, og hendes linje vil gå tabt.

Det er muligt, at dette var årsagen til, at Eva opstod som den eneste "Lucky Mother", der i det væsentlige fødte os alle.

Har du lidt svært ved at forstå? Ikke at bekymre sig. Læs den næste side for en illustration af, hvad mtDNA teoretisk set er i stand til på den næste side. Det vil opklare tingene lidt.

Et eksempel på mtDNA Research

Selvom snak om genetiske mutationer og DNA -sekvenser får det til at virke komplekst, i kernen, sporing af mtDNA er baseret på en vildledende simpel forestilling:Folk, hvis forfædre engang var nært beslægtede, skulle have næsten identisk mtDNA. mtDNA kan undergå mutationer over tid, men det tager tid, før disse mutationer forekommer. Logisk set, jo færre der er, jo mindre tid er gået, siden to familiers forfædre divergerede. De mennesker, der kun har nogle få forskelle i deres mtDNA -sekvenser, vil for nylig være relateret mere end de sekvenser, der bærer mange forskelle.

Tænk over det på denne måde. Sig din tipoldefar på din mors side-som vi vil kalde Mildred-havde en søster, hvem vi kalder Tillie. Begge delte identisk mtDNA, som de modtog fra deres mor. Men forestil dig, at Tillie og Mildred havde et frygteligt skænderi, og Tillie flyttede rundt i landet, mens Mildreds efterkommere - inklusive dig - blev siddende.

Tillie og Millie talte aldrig mere. Begge kvinder fødte piger, og således blev deres matrilineal -mtDNA videregivet. Men som generationerne fortsatte, familierne til de to blev mindre og mindre bevidste om eksistensen af ​​den anden gren, indtil ingen linje var klar over den anden. Men de to linjer er ved at blive uforvarende genforenet. Forskere placerede en national reklame, der bad om forsøgspersoner til en undersøgelse af de seneste menneskelige befolkningstendenser ved hjælp af mtDNA til kortlægning. Ved et tilfælde, du og en fjern fætter på Tillies side af familien beslutter jer begge som frivillige.

Når de har indsamlet en DNA -prøve fra dig, forskerne sammenligner dit mtDNA med sekvenserne fra de andre kandidater. Se og se - de finder ud af, at to frivillige er fætre. Sammenligning af dit mtDNA med din fætter, genetikerne burde kunne fortælle om, hvor længe siden Tillie og Mildred havde deres argument. Hvis de kontrollerede de lokale befolkninger i dit område og din fætters område, de skulle også kunne fortælle, om det var Tillie eller Millie, der migrerede, ved at finde ud af hvilken befolkning, der delte mere af mtDNA'et i din familie, betyder flere mennesker med samme mtDNA, at sekvensen har eksisteret længere. Hvad mere er, de kan også konkludere, at da du og din fætter deler lignende mtDNA, du har en mest almindelig nylig forfader, kvinden, der er mor til Tillie og Mildred.

Da det tager et stykke tid, før mtDNA -mutationer forekommer, det ville være ret svært for disse forestillede genetikere at fange dig og din fætter med nøjagtighed, men når denne teknik ekstrapoleres over en periode, der strækker sig over titusinder eller hundredtusinder af år, det bliver meget mere levedygtigt.

Ikke alle køber den mitokondriale Eve -teori, imidlertid. Læs den næste side for at lære om kritik af undersøgelsen.

Eve under angreb

Evolutionær kortlægning ved brug af mtDNA er unøjagtig. Da mtDNA -undersøgelsen fortsatte efter slutningen af ​​1970'erne, forskere opdagede en ejendom kendt som heteroplasmi - tilstedeværelsen af ​​mere end én sekvens af mtDNA fundet i den samme person. Selv inden for en enkelt person, der er forskelle mellem mtDNA, der gør det vanskeligt at sammenligne en person eller gruppe med en anden.

Undersøgelsen fra 1987, der introducerede begrebet mitokondriel Eve til verden, blev angrebet, da det blev påpeget, at den "afrikanske" befolkning, som forskerne tog stikprøver, faktisk næsten udelukkende bestod af afroamerikanere. Er det muligt, at afroamerikanernes mtDNA i de få hundrede år siden afrikanere var blevet importeret til Amerika mod deres vilje havde muteret nok til at gøre prøven ubrugelig? I lyset af kritikken, Cann og hendes kolleger tog en ekstra prøve af afrikanere, der bor i Afrika, men fandt stort set de samme resultater.

Et andet problem med mtDNA -undersøgelse er forskellene i mutationshastigheden. Tænk over det på denne måde, hvis du så på, hvor lang tid det tog for en bestemt sekvens af mtDNA at udvikle en ændring - en mutation - og konkluderede, at det tog 1, 000 år, så ville to stammer af mtDNA fra samme slægt med to mutationer have divergeret omkring 2, For 000 år siden, ret? Sådan besluttede Cann og firma, at mitokondrie -Eve levede omkring 200, 000 år siden.

Forskerne sagde, at de i deres undersøgelse antog, at mtDNA muterer i en konsekvent hastighed. Problemet er, videnskaben er ikke helt sikker på, hvad mutationshastigheden for mtDNA er, hvis der overhovedet er en målbar hastighed. Hvis man ser på mutationshastigheden blandt en hel gruppe organismer, sige, alle mennesker i live i dag - kaldet fylogenetisk hastighed - du kan konkludere, at mtDNA muterer i en konsekvent hastighed. Men hvis du ser på en enkelt familie linje inden for den større gruppe - stamtavle - du finder højst sandsynligt en helt anden mutationsrate.

Da det "mutationsur", der blev brugt af Cann og hendes medforfattere, blev sat i tvivl, de udvidede datoen for Evas eksistens til mellem 500, 000 og 50, 000 år siden.

Årtier efter, at mitokondrielle Eve -undersøgelsen blev offentliggjort, resultaterne diskuteres stadig stærkt. Stammer vi alle fra en seneste fælles forfader, der levede 200, 000 år siden? Kan mtDNA overhovedet fortælle os præcist? Disse spørgsmål forbliver ubesvarede og danner rammen for det evolutionære genetikers fremtidige arbejde. Men undersøgelsen fra 1987 var banebrydende nok til, at den ændrede den måde, vi tænker om os selv som mennesker. Det påpegede, at et eller andet sted i historien, vi er alle i familie.

For mere information om evolution og relaterede emner, se næste side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Hvordan kvinder arbejder
• Sådan fungerer slægtsforskning
• Sådan fungerer DNA
• Sådan fungerer celler
• Sådan fungerer evolution
• Sådan fungerer menneskelig migration
• Sådan fungerer befolkningen
• Afrikas historie
• Asiens historie
• Nordamerikansk historie
• Europas historie
• Australiens historie

Flere store links

• Super cool udforskning af mitokondrier
• Tracing Ancestry på PBS.org
• Berkeleys forståelse af evolution

Kilder

• Kan, Rebecca. "Mitokondrielt DNA og menneskelig evolution." Fra "Origins of the Human Brain, "Changeaux, Jean-Pierre og Chavaillon, Jean, red. Oxford University Press. 1995. http://books.google.com/books?hl=da&lr=&id=MraefpqCe18C &oi =fnd &pg =PA127 &dq =%22CANN%22+%22Mitochondria!+DNA+og+human+evolution%22+&ots =wdohDt1thr &sig =UQ K5Jq6X5R9aO8rcu9nCCgtPfsc#PPA128, M1
• Kan, Rebecca L., et al. "Mitokondrielt DNA og menneskelig evolution." Natur. Januar 1987. http://www.nature.com/nature/ancestor/pdf/325031.pdf
• Childs, Gwen V. ph.d. "Mitokondrier:Arkitektur dikterer funktion." University of Texas Medical Branch. 5. december kl. 2003. http://cellbio.utmb.edu /cellbio/mitoch1.htm
• Groleau, Rick. "Sporing af aner gennem mtDNA." PBS. Januar 2002. http://www.pbs.org/wgbh/nova/neanderthals/mtdna.html#
• Pakendorf, Brigitte og Stoneking, Mærke. "Mitokondrielt DNA og menneskelig evolution." Årlig gennemgang af genomik og menneskelig genetik. 2005. http://www.eva.mpg.de/genetics/pdf/mtDNA_review.pdf
• Hvide Hus, Dr. David. "Mennesker kom 'tæt på udryddelse'." BBC. 8. september kl. 1998. http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/166869.stm
• "Mitokondrier." Florida State University. 13. december kl. 2004. http://micro.magnet.fsu.edu/cells/mitochondria/mitochondria.html
• "Mitokondriaften:Noter." University of North Carolina. http://syllabus.med.unc.edu/yr4/gen/medhist/publish/mitochnotes.htm
• "Hvad er mitokondrielt DNA?" Nationalbiblioteket for medicin. 7. januar, 2008. http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/basics/mtdna