Model DNA. Domena publiczna. Domena publiczna, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=481851
Ludzie mogą być tak samo podatni na zmiany środowiskowe jak inne zwierzęta – wynika z naszych najnowszych badań, w których przeanalizowaliśmy dane genetyczne ponad tysiąca osób, które żyły w Europie i Azji na przestrzeni ostatnich 45 000 lat.
Znaleźliśmy ślady ponad 50 „twardych przemiatań”, w których rzadki wariant genetyczny szybko rozprzestrzenił się w populacji – najprawdopodobniej po zmianie warunków, w których osobniki pozbawione tego wariantu wymarły. Najbardziej uderzające przemiatanie miało miejsce wśród wczesnych anatolijskich rolników, w regionie genetycznym związanym z układem odpornościowym zwanym MHC-III.
Twarde zagięcia często obserwowano u innych gatunków, ale do tej pory nie było po nich śladu u ludzi. Ślady twardych zagięcia zostały ukryte przez częste mieszanie się populacji w ciągu ostatnich 8000 lat.
Nasze wyniki pokazują, że słynna zdolność człowieka do dostosowywania swojego zachowania i opracowywania nowych narzędzi oraz technik nie zawsze wystarczała, aby przetrwać, gdy czasy stawały się trudniejsze.
Jak działa selekcja naturalna
Współcześni ludzie żyją w niezwykle zróżnicowanych środowiskach naturalnych – od mroźnej Arktyki po duszne lasy tropikalne.
W przeciwieństwie do większości zwierząt ludzie potrafią korzystać z innowacji kulturowych – takich jak ogień i ubiór – aby pokonywać wyzwania, jakie stawia przed nimi to środowisko.
Jednak te innowacje nie zawsze wystarczały, aby poradzić sobie z nowymi warunkami środowiskowymi. W tym momencie pojawia się zmienność genetyczna między osobnikami.
Osoby posiadające warianty genetyczne, które lepiej radzą sobie z nowymi warunkami, będą miały tendencję do pozostawiania po sobie większej liczby potomstwa. W rezultacie te korzystne warianty będą się częściej pojawiać w przyszłych pokoleniach.
Proces adaptacji genetycznej został nazwany przez Karola Darwina „selekcją naturalną” prawie 200 lat temu.
Jak ludzie się adaptują
Wykorzystując narzędzia statystyczne do poszukiwania dowodów na występowanie twardych przemiatań, naukowcy znaleźli liczne dowody na przeszłe zdarzenia adaptacyjne u wielu zwierząt i roślin, ale niewiele w genomach ludzkich. Mówiąc dokładniej, twarde przemiatania są wyjątkowo rzadkie u ludzi.
W rezultacie niektórzy spekulują, że adaptacja genetyczna u ludzi jest rzadka, być może dlatego, że innowacje kulturowe sprawiły, że stała się w dużej mierze zbędna. Inni sugerują, że selekcja nastąpiła w wielu umiarkowanie korzystnych wariantach genetycznych, prowadząc do subtelnych i trudnych do wykrycia sygnałów.
Ukryte sygnały
Prawie 40 lat temu opracowano nowe technologie ekstrakcji niewielkich ilości DNA z archeologicznych szczątków szkieletowych. Umożliwiło to badanie genomów starożytnych populacji i zmieniło nasze spojrzenie na wzajemne powiązania między starożytnymi grupami ludzkimi i cywilizacjami.
Badania starożytnego DNA wykazały, że w ciągu ostatnich 10 000 lat w Eurazji mieszanie się genetycznie odmiennych populacji było szczególnie częste.
Sądziliśmy, że wydarzenia te mogły wymazać historyczne sygnały przemiatające z współczesnych genomów ludzkich, ale starożytne genomy sprzed tych zdarzeń wymieszania mogą nadal zachowywać ślady tych sygnałów.
Około 10 000 lat temu, po zakończeniu ostatniej epoki lodowcowej, różnorodność genetyczna wśród łowców-zbieraczy żyjących w Europie była znacznie większa niż wśród ludzi żyjących tam obecnie.
W rzeczywistości różnice genetyczne między grupami starożytnych europejskich łowców-zbieraczy były tak duże, jak różnice obserwowane obecnie między współczesnymi populacjami Europy Zachodniej i Azji Wschodniej.
To ekstremalne zróżnicowanie genetyczne uległo załamaniu w ciągu ostatnich 8000 lat na skutek licznych migracji i mieszania się kultur, przez co współcześni Europejczycy stali się znacznie bardziej jednorodni genetycznie.
„Trudne zamiatanie” w historii ludzkości
W naszych nowych badaniach, których wyniki opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Nature Ecology & Evolution, powróciliśmy do tego zagadnienia, skanując ponad tysiąc starożytnych ludzkich genomów pochodzących z całej Eurazji.
Zastanawialiśmy się: czy te stosunkowo niedawne wydarzenia związane z mieszaniem się gatunków mogły zamaskować historyczne zmiany selekcyjne, przez co pozostałyby niewidoczne we współczesnych genomach człowieka?
Aby przetestować tę hipotezę, przeprowadziliśmy najpierw symulacje komputerowe oparte na szacunkach mieszania genów z badań starożytnych genomów euroazjatyckich. Wyniki symulacji sugerowały, że dawne sygnały selekcji mogły być istotnie rozcieńczone we współczesnych genomach.
Następnie zebraliśmy i przeanalizowaliśmy informacje genetyczne z ponad 1000 starożytnych szczątków ludzkich, z których najstarsza próbka liczyła około 45 000 lat.
Porównaliśmy sygnały selekcyjne w genomach starożytnych z sygnałami pochodzącymi ze współczesnych genomów. Dane starożytne zawierały znacznie więcej sygnałów twardych przemiatań niż próbki współczesne. Nowsze przemiatania były szczególnie podatne na wymazywanie, ponieważ były rzadkie lub nieobecne w co najmniej jednej z populacji mieszających się.
Nasze wyniki potwierdzają, że ostre zamiatanie rzeczywiście było częścią repertuaru adaptacji genetycznej człowieka. Sugeruje to, że możemy wcale nie różnić się aż tak bardzo od innych gatunków zwierząt.
Genetyczne podstawy adaptacji
Coraz więcej dowodów genetycznych wskazuje na historyczne przypadki mieszania się różnych populacji. Dotyczy to nie tylko ludzi, ale także innych gatunków, co sugeruje, że takie mieszanie może być dość powszechne w przyrodzie.
Jeśli te zjawiska mieszania się są powszechne, nasze badania sugerują, że gwałtowne zamiatanie mogło być częstsze, niż obecnie sądzimy. Ogólnie rzecz biorąc, możemy mieć tendencyjny pogląd na to, jak gatunki adaptowały się genetycznie do presji środowiskowej.
Aby lepiej zrozumieć, jak adaptacja działa na poziomie genetycznym, musimy opracować nowe metody statystyczne, które pozwolą na rozdzielenie sygnałów twardych przemiatań i innych zdarzeń selekcyjnych.
Oświadczenie informacyjne
Autorzy nie pracują, nie doradzają, nie posiadają udziałów ani nie otrzymują dofinansowania od żadnej firmy ani organizacji, która mogłaby odnieść korzyści z niniejszego artykułu. Nie ujawnili również żadnych powiązań wykraczających poza ich obowiązki naukowe.
Wzmacniacz
Penn State zapewnia finansowanie jako partner założycielski The Conversation US.
Australian National University i Adelaide University zapewniają finansowanie jako członkowie The Conversation AU.
DOI
Wierzymy w swobodny przepływ informacji
Publikuj nasze artykuły bezpłatnie, w wersji online lub drukowanej, na podstawie licencji Creative Commons.
Opublikowano: 31 października 2022 r., godz. 19:01 GMT
Powyższy artykuł ukazał się pierwotnie na stronie The Conversation.
Link do artykułu: https://theconversation.com/ancient-dna-reveals-a-hidden-history-of-human-adaptation-193251