Neandertalczycy. Ile tam było? Archeolodzy i genetycy udzielają różnych odpowiedzi. Nowe badania powinny pomóc im dojść do konsensusu i rzucić światło na zapomnianą historię tych starożytnych ludzi. W tym dość wczesne wymieranie. W 1856 roku, trzy lata przed opublikowaniem książki Charlesa Darwina O pochodzeniu gatunków, grupa górników odkryła ludzkie skamieniałości w wapiennej jaskini w Dolinie Neandera w północnych Niemczech - nazwanej później Neandertalczykiem 1, pierwsze wskazanie innego archaicznego gatunku ludzkiego. Od tego czasu staraliśmy się jak najwięcej zrozumieć o naszych tajemniczych przodkach. W tym celu eksperci zebrali dwie główne linie dowodów: setki kości i kamiennych narzędzi znalezionych w rozproszeniu od Hiszpanii i Anglii po góry Ałtaj oraz najnowsze dane i wnioski wyciągnięte z modeli statystycznych.
Jednak te podejścia stworzyły uderzająco odmienne obrazy tego, jak powinny wyglądać populacje neandertalczyków. Dowody archeologiczne sugerują, że około 150 000 osobników zamieszkiwało Europę i Azję, żyło w małych grupach liczących od 15 do 25 osób, a ich łączna liczba różniła się znacznie w zależności od zmian klimatu (w tym ostrych epok lodowcowych), które miały miejsce w okresie pół miliona lat - do wyginięcia neandertalczyków 40 000 lat temu.
Sekwencjonowanie genetyczne to inna historia. Niektóre z szacunków opartych na genach określają populację neandertalczyków jako zaledwie 1000; inni określają najwyżej kilka tysięcy. Istnieje kilka hipotez, które mogłyby wyjaśnić takie wyniki: albo populacja była naprawdę tak mała, nawet w szczytowym momencie, albo była większa, ale zmniejszała się z czasem. W każdym razie liczba neandertalczyków zawsze ulegała upadkowi; wydawało się, że ich zniknięcie było przepowiedziane od samego początku.
„Fakt, że te dwa rodzaje szacunków nie pasują do siebie, jest problemem, którym jeszcze nie zajęto się” - mówi John Hawkes, paleoantropolog z University of Wisconsin-Madison.
Teraz jednak naukowcy pod kierunkiem Alana Rogersa, antropologa i genetyka populacyjnego z University of Utah, zaproponowali nowy model genetyczny, który mógłby pogodzić te różnice. Uważa, że neandertalczycy byli znacznie liczniejsi niż pokazały poprzednie badania genetyczne i umieszcza ich pod oczywistymi artefaktami i skamieniałościami, które to potwierdzają. Wypełnia również ewolucyjną historię neandertalczyków od czasu, gdy po raz pierwszy oddzieliły się od naszych przodków w Afryce i kiedy zaczęli spotykać współczesnych ludzi. Pod wieloma względami neandertalczycy odnieśli dużo większe sukcesy jako gatunek - i znacznie bardziej podobny do nas - niż myśleliśmy.
W przeciwieństwie do konsensusu
W genetyce populacyjnej efektywna wielkość populacji nie jest bezpośrednią miarą całkowitej liczby ludzi, którzy żyli w danym czasie. Jest to raczej miara różnorodności genetycznej. Eksperci skanują DNA osób na przestrzeni dziejów, szukając różnic w sekwencji DNA między dwiema kopiami jego genomu. Zasadniczo szacują, ile pokoleń rodzeństwa dzieli matczyną kopię genu od ojcowskiej. Jeśli populacja jest niewielka, spodziewają się, że wystarczająco szybko znajdą wspólnego przodka; jeśli jest duży, zajmuje więcej czasu. „To niesamowite, ile informacji można się nauczyć od osoby” - mówi Rogers.
Film promocyjny:
Naukowcy od dawna zauważyli, że neandertalczycy mają niski poziom różnorodności genetycznej. U współczesnych Afrykanów około 11 na 10 000 nukleotydów jest heterozygotycznych, to znaczy różnią się między dwiema kopiami chromosomu. Wśród osób spoza Afryki tylko 8 na 10 000 wykazuje takie zachowanie. Liczba ta spada do 2 na 10 000 neandertalczyków i denisowian, których nauka zidentyfikowała dopiero w ostatniej dekadzie. „Teoria genetyki populacyjnej mówi nam, że musi to oznaczać niewielki rozmiar populacji” u tych archaicznych ludzi, mówi Montgomery Slatkin, biolog z University of California w Berkeley, który nie był przekonany odkryciami Rogersa. Oznacza to, że populacja dążyła do liczby 2000-3000 osobników.
„Ale gdyby naprawdę na świecie było tylko 1000 neandertalczyków” - mówi Rogers - „trudno uwierzyć, że pozostawili tak bogaty zapis kopalny”.
Jednak jest to dowód genetyczny, do którego zwracają się Rogers i jego koledzy, twierdząc, że neandertalczyków było więcej, dziesiątki tysięcy. Prace naukowców zostały opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences w zeszłym miesiącu.
Kluczem do tego nowego odkrycia jest sugestia naukowców, że neandertalczycy mieli znacznie bardziej zróżnicowaną pulę genów, ale zostali podzieleni na małe, izolowane grupy wsobnych osobników podobnych genetycznie. Taka fragmentacja zniekształciłaby wcześniejsze ustalenia genetyczne: wcześniejsze szacunki wskazywałyby na lokalne populacje i ich historię regionalną, pomijając ogólny obraz.
Rogers postanowił nadrobić tę lukę, dostosowując i rozszerzając model mieszania populacji, z którego korzystali inni badacze. Zamiast analizować genom jednej osoby, on i jego zespół porównali warianty genetyczne wspólne dla współczesnych Afrykanów, współczesnych Europejczyków, neandertalczyków i denisowian. Wczesna wersja tego modelu została opracowana, aby ocenić, jak silnie krzyżują się współczesni ludzie i neandertalczycy. Główną innowacją Rogersa było dodanie denisovanów do tej mieszanki i znaczne rozszerzenie listy możliwych kombinacji i przeplatania się populacji. Pomogło mu to odpowiedzieć na pytania, które wykraczają daleko poza krzyżowanie, dotyczące wielkości populacji i innych kwestii.
Wzrost różnorodności genetycznej stwierdzony przez Rogersa i współpracowników odpowiada około dziesięciokrotnemu wzrostowi efektywnej wielkości populacji. Chociaż nie ma sposobu, aby dowiedzieć się, o ile więcej osobników neandertalczyka może wypadać z tej liczby, szacunki skamieniałości będą musiały zostać poważnie zmienione.
„Badanie dostarcza dowodów DNA na to, co widzieliśmy w dokumentach archeologicznych” - mówi Joshua Aki, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Princeton.
Z Afryki - dwukrotnie
Pracując z sekwencjami genetycznymi i ich poprawionym modelem, naukowcy uzyskali nowy wgląd w to, jak neandertalczycy, denisowianie i współcześni ludzie wzrastali, kurczyli się, dzielili i łączyli okresowo w całej historii. „Chcemy stworzyć dobre drzewo genealogiczne, abyśmy mogli opowiedzieć dokładne historie o tym, jak te dwie grupy są powiązane” - mówi Stephen Churchill, antropolog z Duke University. „Ale jasne jest, że ta relacja jest znacznie bardziej skomplikowana”.
Około 750 000 lat temu, powiedział Rogers, poprzednicy neandertalczyków i denisowian opuścili przodków współczesnych ludzi w Afryce, aby przenieść się na rozległe terytorium Eurazji. Samo to prawie ich zniszczyło; dowody genetyczne sugerują, że populacja przeszła poważne próby, których badania wcześniej nie zidentyfikowały. Cokolwiek spowodowało tę katastrofę, starożytni przeżyli ją i zaledwie kilka tysięcy lat później - 744 000 lat temu - podzielili się na dwie odrębne linie, neandertalczyków i denisowian. Ten pierwszy podzielił się następnie na mniejsze grupy regionalne, które zafascynowały Rogersa.
Datowanie tego rozłamu między neandertalczykami i denisowianami jest samo w sobie zaskakujące, ponieważ poprzednie badania przedstawiły to później: na przykład w badaniu z 2016 r. Rozłam został zidentyfikowany jako wydarzenie, które miało miejsce 450000 lat temu. Wczesna separacja oznacza, że musimy znaleźć jeszcze więcej skamieniałości z obu grup. Będziesz także musiał zrewidować już znalezione skamieniałości. Weźmy na przykład kości mózgu hominida z gatunku Homo heidelbergensis, który żył w Europie i Azji około 600 000 lat temu. Paleoantropolodzy nie mogą się zgodzić z jego stosunkami do innych grup ludzi; niektórzy uważają, że byli przodkami zarówno współczesnych ludzi, jak i neandertalczyków, inni, że byli gatunkami nie-starożytnymi, zastąpionymi przez neandertalczyków, którzy wędrowali po Europie.
Odkrycia Rogersa sugerują, że H. heidelbergensis musiał być wczesnym neandertalczykiem. „Ustawiliśmy czas separacji tak wcześnie, że europejski hominid 600 000 lat temu prawie na pewno musi być neandertalczykiem”, mówi, „przynajmniej genetycznie, nawet jeśli w ogóle nie wyglądał na neandertalczyka”.
Tak czy inaczej, ta nowa rekonstrukcja złożonej wczesnej historii neandertalczyków jest bardzo podobna do tego, czego dowiedzieliśmy się o populacjach anatomicznie współczesnych ludzi, którzy po raz pierwszy rozprzestrzenili się do Europy i Azji. Około 50 000 lat temu Eurazjanie odłączyli się od Afrykańczyków, przeszli przez trudny okres, w którym ich populacja była bardzo niska, a następnie podzieliła się na populacje regionalne w całej Eurazji - tak zwana nieafrykańska teoria migracji ludzi. „Wygląda na to, że to samo wydarzyło się 600 000 lub 700 000 lat temu” - mówi Rogers z neandertalczykami i denisowianami. „Była jeszcze inna diaspora spoza Afryki, której nikt wcześniej nie podejrzewał”.
W końcu nie tak źle
Nie jest tajemnicą, że neandertalczycy radzili sobie źle: epoki lodowcowe, przez które przeszli, i fragmentacja ich populacji sprawiły, że nie byli w stanie utrzymać zrównoważonego rozwoju społecznego lub technologicznego. „Ale jednym z błędnych przekonań jest to, że sposób, w jaki myślimy o postępie, jest taki, że współcześni ludzie są lepsi, a neandertalczycy są gorsi” - mówi Hawkes. „Jeśli chodzi o polowanie i poleganie na wysokoenergetycznych zasobach żywności w zmarginalizowanych środowiskach, neandertalczycy nie mieli sobie równych. Rozwiązali problemy, z którymi dziś w ogóle nie mamy do czynienia. Jak żyli przy tak niskiej gęstości zaludnienia przez setki tysięcy lat? Nigdy tego nie rozumieliśmy”.
Przed rozpoczęciem swoich badań Rogers uważał, że neandertalczycy byli na skraju wyginięcia, gdy współcześni ludzie wkroczyli na ich terytorium, że ich populacje są już wyczerpane i obfitują w choroby genetyczne. Już tak nie myśli.
Zrozumienie prawdziwej struktury populacji neandertalczyków może pomóc naukowcom zgłębić dynamikę tych starożytnych ludzi i ich interakcje z nami. Na przykład, zastanawiam się, czy podczas krzyżowania ludzi i neandertalczyków były jakieś szczególne cechy. Czy uwzględniliśmy równą ilość matczynego i ojcowskiego DNA neandertalczyka, czy też nastąpiła zmiana?
Praca Rogersa i powiązane badania przeprowadzone przez inne grupy mogą być potężnym wydarzeniem dla współczesnej genetyki. Ich model analityczny można zastosować do psów i koni - w rzeczywistości do każdego gatunku, który wykazuje reprodukcję strukturalną w populacjach, a nie losowy przepływ genów. Geny neandertalczyka mogły być powiązane ze zwiększonym ryzykiem depresji, cukrzycy, chorób serca i innych zaburzeń, a to się dopiero okaże.
Ilya Khel