Det mitokondrale genom af Heidelberg-mannen blev læst: Neanderthals forfædre viste sig at være slægtninge til Denisovets moderlige slægt • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Genetik, Paleontologi, Antropologi

Læs mitokondriske genom af en Heidelberg-mand: Forfædrene til Neanderthals var slægtninge til Denisovs moderlinie

Fig. 1. op: Skull nr. 5 fra hulen af ​​Sima de los Huesos (Sima de los Huesos Cranium 5). Ned nedenfor: lårben, hvorfra DNA blev ekstraheret. Foto fra www.antropogenez.ru (kilde: J.L. Arsuaga, 2010. Terrestriske aber og fylogenetiske træer) og fra den diskuterede artikel i natur

De nyeste metoder af paleogenetik gjorde det muligt at rekonstruere mitokondriegenomet til en mand, der levede 400 tusinde år siden i hulen i Sim Uosos i det nordlige Spanien. Dette er en historisk antikvitet: hidtil har det ikke været muligt at opnå DNA fra humane knogler over 100 tusind år gammel. De gamle europæere fra Seema de los Usesos betegnes sædvanligvis som Homo Heidelbergensis og betragtes som forfædrene til neanderthalerne, da de har en række specifikke Neanderthal-tegn. Imidlertid viste DNA, der var isoleret fra lårbenet, at være mere ligner mitokondrielle genomer af mennesker fra Denis-hulen end fra Neanderthalerne. En mulig forklaring er, at relaterede arkaiske mtDNA-varianter har trængt ind i de forfædrede befolkninger i Neanderthals og Denisov som følge af interbreeding med relikts lokale stammer. Homo erectus.

Paleogenetik trænger længere og dybere ind

Metoderne til paleogenetisk forskning fortsætter med at udvikle sig med fantastisk hastighed. Indtil for nylig syntes det, at selv før knoglerne over 100 tusinde år gammel ville paleogenetikerne aldrig komme til det.Men denne linje er blevet overvundet: DNA-fragmenter af dyr og planter fra permafrost op til 800 tusinde år og selv det fulde atomgenomet af en fossil hestalder 560-780 tusind år, også fra permafrost, er beskrevet (L. Orlando et al., 2013. Rekalibrering Equus evolution ved hjælp af "Pleistocene hest" for genomet sekvensen (fuld version tilgængelig).

I september 2013 blev det fulde mitokondriegenom af hulbjørnen fra Sim de los Uesos, der levede omkring 400 tusind år siden, udgivet (J. Dabney et al., 2013. Pleistocene-hulbjørn rekonstrueret fra ultrashort-DNA-fragmenter. Den fulde version af artiklen er tilgængelig). Derved blev det bevist, at DNA kan bevares i hundreder af tusinder af år, ikke kun i permafrost.

Naturligvis er sådan bevarelse kun mulig på individuelle unikke steder. Sima de los Huesos (Sima de los Huesos, "pit af knogler") i Sierra de Atapuerca – en del af en omfattende karsthule, der ligger 30 meter under jordens overflade og 500 m fra nærmeste afkørsel. Der er altid den samme temperatur (10,6 ° C) og næsten hundrede procent luftfugtighed. Foruden knoglerne af en bjørn, lynx, ræv, ulv, vildkatte, små væv og gnavere blev der fundet rester af mere end 30 personer i Sims de los Uesos (figur 1, se den detaljerede beskrivelse af placeringen på Anthropogenesis.rus hjemmeside). Måske døde mennesker og rovdyr blev målrettet dumpet ind i dette hul af mennesker, der boede på et højere niveau af hulen,selv om en variant af den naturlige ophobning af døde kroppe under påvirkning af vandstrømme er ikke udelukket.

Folk fra Sima de los Wesos kaldes traditionelt som Homo Heidelbergensis. Fra forskellige populationer af denne art, der var vidt bosat i den gamle verden, var der sene arter Homo: Sapiens i Afrika, Neanderthals i Europa og Denisovs i Asien. Strukturen af ​​kranier og tænder i den spanske befolkning har flere typiske Neanderthal tegn, derfor er folk fra Sim de los Huesos betragtes som de sandsynlige forfædre for Neanderthals.

Hvordan adskiller oldtidens DNA fra moderne forurening?

Arkæologer og paleogenetikere fra Spanien og Tyskland rapporterede om den vellykkede rekonstruktion af det næsten komplette mitokondriegenom af en af ​​repræsentanterne for denne antikke befolkning. For at gøre dette måtte de overvinde mange vanskeligheder og komme med nye metoder til rengøring og analyse af de små DNA-fragmenter bevaret i knoglerne.

DNA blev ekstraheret fra lårbenet (figur 1), og for at opnå en tilstrækkelig mængde genetisk materiale skulle næsten to gram knogle blive brugt (det er meget, da der er hundreder af mitokondrie-DNA i hver celle).Men det største problem var ikke i det lille antal bevarede stykker af DNA, men i de stærkt forurenede prøver med DNA-fragmenter af moderne mennesker. Efterhånden blev knoglerne gravet ud i 1990'erne, og folk rørte ved dem (så det var lettere at arbejde med en hulebjørn: moderne bearish DNA har lille chance for at trænge ind i fossile knogler).

At adskille stykkerne af det gamle menneskelige DNA fra moderne menneskelig og bakteriel forurening, brugte forskere flere geniale "filtre", der blev brugt i forskellige kombinationer. For det første blev DNA-sektioner længere end 45 nucleotider kasseret: det er usandsynligt, at sådanne lange fragmenter kunne overleve i så lang tid. For det andet udnyttede forfatterne det faktum, at de enkeltstrengede ender af fragmenterne af gammelt DNA i sidste ende akkumulerer karakteristiske post mortem mutationer (C erstattes af T som et resultat af spontan de-cylering af cytosin). Et stort antal sådanne mutationer kan betragtes som et "ægthedscertifikat" af et gammelt DNA-fragment (figur 2). Hvert stykke blev sammenlignet med det humane mitokondriegenom, og hvis det viste sig at der var for få cytosiner i enderne af stykket erstattet med thymin, blev dette stykke ikke taget i betragtning ved rekonstruktionen.

Fig.2. En af de statistiske tests, der anvendes til udvikling af kriterier for filtrering af sekvenseringsresultater. Langs den vandrette akse – længden af ​​de udvalgte DNA-fragmenter (i nukleotider) på lodret – hyppigheden af ​​C-substitutioner på T i fragmentets terminalområder (sammenlignet med mtDNA fra en moderne person). Det ses, at jo kortere fragmentet er, desto højere er substitutionsfrekvensen. Dette betyder, at andelen af ​​gamle DNA-fragmenter er maksimal blandt korte fragmenter, mens lange fragmenter hovedsageligt er resultatet af senere forurening. Figur fra den diskuterede artikel i natur

MtDNA fra en moderne person blev først brugt som en "prøve" for at fange fragmenter af mitokondriegenomet. Imidlertid bemærkede forskere sig ret hurtigt, at de læsbare stykker af gammelt DNA mest præcist falder sammen med mitokondriegenomet ikke af sapiens og ikke af en neanderthal, men af ​​en denis mand. Derefter begyndte Denisov også at blive brugt sammen med sapientprøver. Ved at kombinere metodologiske tilgange og data udvælgelseskriterier på forskellige måder opsamlede forfatterne til sidst tre lidt forskellige rekonstruktioner af det gamle menneskelige mitokondriegenom fra Sim de los Usesos.I de mest komplette af de tre muligheder var det muligt at genoprette 16,302 nukleotidpositioner, hvilket er 98% af mitokondriegenomet.

Kan forfædrene til Neanderthals være slægtninge til Denisovans?

Undersøgelsen af ​​alle tre af de resulterende varianter bekræftede selvsagt den uventede og overraskende konklusion, at en person fra Sim de los Wesos er tættere i sit mitokondriale DNA til Denisovets end til Neanderthals og sapiens (figur 3). Denisovs er med andre ord hans nærmeste slægtninge i den direkte moderlinie. I mellemtiden foreslår morfologi og geografi, som allerede nævnt, at knoglerne fra Sim de los Huesos tilhører forfædrene til Neanderthals.

Fig. 3. Evolutionært træ mtDNA hominid. Den horisontale længde af filialerne afspejler antallet af nukleotidforskelle. Den øverste gren svarer til en mand fra Sims de los Usesos. Det er tydeligt, at hans nærmeste slægtninge er mennesker fra Denisovas grotte (Denisova hominin). Neanderthals er tættere på mtDNA til sapiens end til Denisovites og folk fra Sim de los Huesos. I sapiensprøven er der både moderne og fossile repræsentanter for vores art.Den kendsgerning, at grenen svarende til manden fra Sim de los Huesos viste sig at være kortere end alle de andre svarer til den gamle tidsalder for dette fund og bekræfter effektiviteten af ​​molekylær urmetoden. Tal viser omtrentlige datings (i tusindvis af år) af fire punkter på et træ, opnået ved hjælp af denne metode. Ifølge billedet af artiklen under drøftelse i natur

Hvordan man forklarer dette mærkelige resultat? Man kan selvfølgelig antage, at Heidelberg-folkene fra Seema de los Usesos faktisk er nære slægtninge til Denisov, og Neanderthals er ikke direkte relaterede. Men denne mulighed er usandsynlig: for denne ville være nødt til at tillade det parallelle udseende af Neanderthal-funktioner i uafhængige grupper af europæere og Neanderthals levende forfædre med slægtninge til Denisovets på samme territorium uden krydsning, og med data om nukleare genomer (se nedenfor) er denne mulighed meget vanskelig at forene Er der en mere plausibel forklaring?

For det første må vi ikke glemme, at mtDNA selv ikke giver en komplet og tilstrækkelig forståelse af slægtskab. Til dette skal nukleargenomet sekvenseres. Ingen ved endnu, om det nogensinde vil kunne gøre dette.Mitokondrielt DNA transmitteres kun gennem moderlinien og multipliceres klonalt, ikke deltager i den seksuelle proces og ikke rekombinerer, det vil sige uden at udveksle homologe regioner. På grund af disse egenskaber er udviklingen af ​​mitokondriegenomet stærkt påvirket af genetisk drift, det vil sige tilfældige udsving i frekvenserne af forekomsten af ​​forskellige varianter (haplotyper).

For det andet er det nødvendigt at huske på, at Denisovsky mtDNA, isoleret fra den molære tand af manden og falskens pigefinger, er i sig selv meget mystisk. Hun fortæller en helt anden genealogisk historie end nukleare genomer. At dømme efter nukleære genomer er denisovitterne nærmeste familie af neanderthaler, og begge er tæt nok sapiens (se: Det menneskelige nukleære genom fra Denisovas hul, Elements, den 23. december 2010; Denisovsky menneskelige genom blev sekventeret med høj præcision, "Elements "2012/09/06). Men i deres mtDNA er Denisovians meget langt fra Sapiens og Neanderthals (se: Manden fra Denisova Cave viste sig ikke at være Sapiens og ikke Neanderthals, Elements, 27. marts 2010). Da kernemønstre er et meget mere pålideligt grundlag for genopbygningen af ​​slægtskab, må vi indrømmeat mtDNA i to personer fra Denisova Cave ikke er "native", men indført ved fjern hybridisering.

Der er mange tilfælde, hvor episodisk interspecifik hybridisering har ført til, at alien mtDNA var bredt fordelt i en population af nogle arter (se for eksempel: Z. Boratyński et al., 2011. Introgression af mitokondrie DNA blandt Myodes voles: konsekvenser for energetik?). Mest sandsynligt er det præcis, hvad der skete med befolkningerne i Heidelberg-folket – forfædrene til Neanderthals og Denisovites, der kom for 0,5-0,4 millioner år siden til Europa og Asien (mens deres familie, forfædrene til sapiensne, var i Afrika). Disse fremmede befolkninger var sandsynligvis blandet med den gamle lokalbefolkning – senere repræsentanter Homo erectus (erektus kom først ud af Afrika og begyndte at sprede sig over Eurasien for længe siden – 1,8 millioner år siden). Det er muligt, at forfædrene til Denisov og Neanderthals modtog en arkaisk version af mtDNA fra asiatiske og europæiske erekter (herunder sådanne former som H. antecessor, hvis knogler omkring en million år gammel blev fundet ikke langt fra Sima de los Usesos, se: Folk kom til Europa for mere end en million år siden, "Elements", 2. april 2008). I de indvandrergrupper i Heidelberg-folket var det muligt, at mænd hersker (som ofte sker under migrering af menneskestammer), der fra tid til anden blev gift med lokale kvinder – erektus.

Efterfølgende kunne de arkaiske mtDNA-haplotyper gå tabt som følge af drift blandt neanderthaler (hvis mtDNA indikerer et nært forhold til sapiens – i fuld overensstemmelse med "indikationerne" af det nukleare genom) og får fodfæste i Denisovtsy (dømmende af det forhold, at denne person , arkaisk version af mtDNA).

Selvfølgelig er andre fortolkninger mulige. For eksempel kunne denne gamle version af mtDNA være til stede i den forfædrede befolkning H. Heidelbergensis før det blev opdelt i forgængerne til sapiens, neanderthaler og denisovanere; senere blev denne haplotype bevaret i nogle Denisovans og forgængere af Neanderthals i Europa, og blev tabt i de andre befolkninger. Et enkelt humant mitokondriegenom fra Sim de los Usesos er klart ikke nok til sikre konklusioner, men varianten med hybridisering er stadig den mest sandsynlige.

"Molekylær ur" til dating fossile knogler

Et andet vigtigt resultat er, at effektiviteten af ​​den nye paleogeneticheskogo metode til dating fossile knogler baseret på princippet om "molekylær ur" (se Molekylær ur).Den første anvendelse af denne metode er beskrevet i Genome nyhederne om en Denisov mand sekvenseret med høj nøjagtighed, "Elements", 6. september 2012. Ifølge antallet af genetiske forskelle akkumuleret over levetiden for Sapiens og Denisovts sidste fællesforfader blev den anslåede alder af Denis-individer bestemt: 75 tusinde år (selvom traditionelle datingmetoder var 30-50 tusinde år gamle).

Nu forsøgte de at bruge denne metode til datingben fra Sim de los Usesos. Den kendsgerning, at han i princippet har ret til at eksistere, kan ses af, at filialen svarede til manden fra Sim de los Usesos på slægtstræret viste sig at være kortere end alle de andre (figur 3). Dette kunne forventes, da denne person levede meget tidligere end alle de studerede Neanderthals, Denisovites og Sapiens. Det er imidlertid klart, at nøjagtigheden af ​​en sådan dating ikke kan være høj. Hvis molekylklokken fungerede perfekt, ville alle grenene svarende til moderne mennesker have nøjagtig samme længde, og træet i den nederste højre del ville se klippet som i en lineal. Fordelen ved metoden er, at den skal fungere uanset om vi har at gøre med "alien" (introduceret) mtDNA eller med "slægtninge".

På en eller anden måde er det mest sandsynlige menneskelige levetid fra Sims de los Uesos i molekylære timer 370-400 tusind år siden (med en sandsynlighed på 95% ligger det i området fra 150 til 640 tusind år siden). Det mest bemærkelsesværdige er, at det samme skøn – omkring 400 tusinde år – også blev givet ved analysen af ​​cave bjørnens mtDNA fra samme sted! Dette gør allerede henvisning til denne metode med mindre skepsis. De traditionelle metoder til dating fundene fra Sima de los Usesos gav også ret vage resultater: fra 325 til 660 tusind år siden.

Separationstiden for de mitokondrielle linjer af sapiens og neanderthaler, bestemt ved samme metode, er 440-530 tusind år (hvilket er ret rimeligt og er i god overensstemmelse med andre data). Den sidste fælles mor til mennesker fra Sima de los Usesos og Denisovtsy (i den direkte kvindelige linje) levede efter de samme data for 650-760 tusinde år siden. Den mitokondriske stamfader fra begge grupper (Sima de los Huesos / Denisovans og Neanderthals / sapiens) levede 830-1040 tusinde år siden. At dømme efter respektbar alder tilhørte hun formularen H. erectus.

Men selvfølgelig er det mest slående og betydelige resultat selve kendsgerningen for at læse DNA fra en Heidelberg mand, der levede for hundreder af tusinder af år siden.Dette giver os mulighed for at håbe, at udviklingen af ​​paleogenetik vil medføre mange flere overraskende opdagelser.

Kilde: Matthias Meyer, Qiaomei Fu, Ayinuer Aximu-Petri, Isabelle Glocke, Birgit Nickel, Juan-Luis Arsuaga, Ignacio Martínez, Ana Gracia, José María Bermúdez de Castro, Eudald Carbonell & Svante Pääbo. En mitokondriel genomsekvens af et hominin fra Sima de los Huesos // natur. Udgivet online 04 december 2013.

Se også succeserne i Neanderthals og Denisovans paleogenetik:
1) Det komplette Neanderthal genom vil blive aflæst om to år, "Elements", 20. november, 2006.
2) Paleogenetiske data udviste området Neanderthals 2000 km mod øst, "Elements", 09.10.2007.
3) Neanderthalets genom er næsten læst, det er fortsat at forstå det, "Elements", 17.02.2009.
4) Neanderthal genomet læses: Neanderthals har efterladt deres mærke på moderne menneskers gener, Elements, 05/10/2010.
5) Manden fra Denisov-hulen var ikke en sapiens og ikke en neanderthal, "Elements", 03/27/2010.
6) Det menneskelige nukleare genom fra Denisova Cave blev læst, "Elements", 12/23/2010.
7) Denisovs mand blev sekventeret med høj nøjagtighed, "Elements", 6. september 2012.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: