Gamle DNA bringer os tættere på at låse op for hemmeligheder om, hvordan moderne mennesker udviklede sig

Fremskridt med at studere gammelt DNA fra forhistoriske rester giver os ny indsigt i vores afrikanske forfædres liv og fremkomsten af ​​det moderne menneske.

Mennesker deler alle en fælles afrikansk herkomst, hvilket gør afrikansk historie til alles historie. Alligevel er lidt kendt om den genetiske udvikling af mennesker, der bor på kontinentet i en fjern fortid.

Takket være fremskridt inden for genomsekventeringsteknologi er forskerne nu i stand til at sammenligne DNA fra mennesker, der lever i dag, med DNA udvundet fra meget gamle skeletter, hvilket giver os et unikt øjebliksbillede af livet i Afrika fra mange tusinde år siden.

Inden for menneskelig genetik er historien om Moder Eva en velkendt en. Den beskriver, hvordan alle levende mennesker stammer fra én kvinde, der levede i Afrika for 200.000 til 300.000 år siden.

Beviser kommer fra undersøgelser af mitokondrielt DNA (mtDNA) - et segment af genetisk materiale fundet i den menneskelige celle. Det tillader blandt andet studiet af slægtskab i populationer. Fordi kun mødre giver det videre, afslører det den direkte evolutionære linje mellem en person, der lever i dag, og deres fjerneste kvindelige forfader.

Mitokondrieaften

Men som de fleste simple historier er fortællingen om mitokondriel Eva hverken helt nøjagtig eller fuldstændig. Mens videnskabsmænd er enige om, at menneskets daggry faktisk fandt sted i Afrika, ville Eva have været en af ​​mange menneskelige hunner, der levede på det tidspunkt, og hun ville ikke have været den første.

Desværre er virkeligheden, at mtDNA giver os begrænset indsigt i tidslinjerne eller mønstrene for befolkningsspredning og spredning.

Molekylærbiolog Dr. Mateja Hajdinjak forklarer betydningen af ​​denne videnskløft. "Den afrikanske befolkningshistorie har formet den verden, vi alle lever i, så indtil vi kan rekonstruere begivenhederne fra Afrikas fortid, der går tusinder af år tilbage, kan vi ikke helt forstå, hvordan moderne mennesker opstod."

Dr. Hajdinjak er post-doc forsker på ORIGIN-projektet, et forskningsinitiativ baseret på Francis Crick Institute i London, U.K., der analyserer DNA fra menneskelige rester fundet på arkæologiske steder i Afrika.

Målet med ORIGIN er at rekonstruere afrikansk forhistorie ved hjælp af gammel DNA-analyse.

Informationen fra disse DNA-prøver bliver undersøgt sammen med resultaterne af projektets arkæologer, palæontologer og museumskuratorer.

DNA-ekstrakter

Dr. Hajdinjak er blandt et voksende antal forskere, der arbejder hårdt på at udfylde de historiske tomrum ved at gå videre end analyse af mtDNA for at bruge de nyeste teknikker inden for hele genomsekventering. Dette giver forskere mulighed for at sammenligne DNA fra mennesker, der lever i dag, med DNA udvundet fra meget gamle skeletter.

"Et af vores grundlæggende spørgsmål er, hvordan kan vi bruge gammelt DNA til at rekonstruere tidligere befolkningsvandringer i Afrika og mellem Afrika og andre dele af verden?" sagde Dr. Hajdinjak.

Hun tilføjer, at man ikke ved meget om det tidligere genomiske landskab på tværs af Afrika, da en stor del af den genetiske ændring fandt sted på kontinentet, da nogle grupper skiftede fra deres jæger-samler-liv til at blive landbrugere for mellem 3.000 og 7.000 år siden.

"Ved at sammenligne tidligere genomer kan vi se, hvordan forskellige menneskelige grupper er indbyrdes forbundne, og hvordan migrationer skete på forskellige tidspunkter i historien. Migrationer giver folk mulighed for at blande og reproducere med nye grupper, hvilket ændrer menneskets biologi over tid."

Meget er allerede kendt om oldtidens europæisk historie takket være moderne sekventeringsteknikker, men gamle DNA-studier af afrikanske prøver har haltet bagefter. Grunden til dette er, at DNA nedbrydes over tid, og især i de varme og fugtige klimaer, der hersker i Afrika.

Genomberigelse

Men takket være banebrydende genomberigelsesværktøjer, der tillader DNA fra de mindste fragmenter af knogler eller tænder at blive ekstraheret og derefter amplificeret, begynder forskerne også at gøre gode fremskridt med at sekventere gammelt DNA fra Afrika.

Ved at studere dataene på denne måde begynder forskerne at rekonstruere begivenheder fra en fjern fortid og undersøge de forhold, der opstod mellem forskellige afrikanske befolkninger.

Formålet med ORIGIN er ikke blot at tilfredsstille vores naturlige nysgerrighed om, hvor vi kom fra, men også at optrevle tidslinjen for vores genetiske udvikling, og at bruge denne information til at forudsige, hvordan vi kan udvikle os ind i fremtiden.

Nogle genetiske mutationer vil øjeblikkeligt have været gavnlige for vores afrikanske forfædre og vil have bestået gennem genpuljen til denne dag, tusinder af år efter, at de først opstod. Et centralt eksempel er lactase-persistens - evnen til at fordøje mælk til voksenalderen.

Mælk og mælkeprodukter er en værdifuld energikilde, men den forfædres standardtilstand er laktoseintolerance. For voksne, der bor i tidlige afrikanske landbrugssamfund, kan evnen til at omdanne mælk fra deres besætninger til glukose have givet dem en evolutionær fordel i forhold til deres laktoseintolerante naboer.

Seglcellemutation

En anden genetisk variant, der ville have øget menneskets overlevelse, da den først dukkede op, er seglcellemutationen. Denne genetiske variant giver en grad af beskyttelse mod malaria.

Mutationen er dog noget af et tveægget sværd, da den også er ansvarlig for seglcellesygdom - en alvorlig og livslang tilstand, der er udbredt i dele af Afrika den dag i dag.

"Det ville være meget vigtigt at rekonstruere, hvordan seglcellemutationer først dukkede op og spredte sig," sagde Dr. Pontus Skoglund, supervisor for ORIGIN-projektet.

"Ved at forstå, hvornår mutationer skete, og hvordan de spredes, kan vi bedre forstå, hvordan mennesker reagerer på evolutionære udfordringer," sagde Skoglund.

Genetisk blanding

Forskere, der er involveret i det EU-støttede AfricanNeo-projekt, er særligt fascinerede af tidlige landbrugsmetoder i Afrika. De sammenligner prøver af gammelt DNA med nutidigt DNA for at forbedre deres forståelse af, hvornår afrikanske befolkninger begyndte at migrere på tværs af deres kontinent.

Disse migrationer havde en enorm indflydelse på den genetiske blanding af grupper, men forskerne finder ud af, at denne "udvidelse" var en kompleks række af begivenheder, der ikke kan indkapsles i en pæn mitokondriel Eva-stil fortælling.

"Udvidelsen var ikke ensartet på tværs af kontinentet," sagde lektor Carina Schlebusch. Hun er evolutionsbiolog ved Universitetet i Uppsala i Sverige – og hovedforsker af projektet.

"Nogle jæger-samlergrupper blev erstattet af landmænd," sagde hun med henvisning til sandsynligheden for, at der ville være opstået konflikt mellem befolkninger, der ønsker at besætte det samme land, og at landmændene ville have haft en konkurrencefordel i forhold til jægersamlere. "Andre grupper interagerede og udvekslede gener, og andre forblev stadig isolerede i meget længere tid, end du kunne forvente."

Det er klart, hvorfor vi alle burde bekymre os om disse komplekse begivenheder fra Afrikas fjerne fortid, ifølge Dr. Schlebusch.

"Historien har en tendens til at gentage sig selv," sagde hun. "Disse tidligere migrationsbegivenheder kan meget vel spille en rolle for, hvordan vi opfører os i vores fremtid. For eksempel betyder klimaændringer, at der sandsynligvis vil være mere pres på folk, der er tvunget til at forlade deres hjem. Der er en chance for, at der vil være flere konflikter mellem befolkninger, og at nogle minoritetsgrupper vil blive erstattet."

"Jo mere vi lærer om vores historie," sagde hun, "jo mere kan vi forudsige, hvordan tingene vil fungere i fremtiden." + Udforsk yderligere

Vi analyserer DNA fra gamle og moderne mennesker for at skabe et 'alles stamtræ'