W lutym z. g. Teksańska kryminalistka Melba Kechum i jej współpracownicy opublikowali wyniki analizy genomu yeti w specjalnie utworzonym magazynie internetowym De Novo. Od samego początku było jasne, że jest to naiwny amatorszczyzna i próba przekazania pobożnych życzeń.
Do opisu standardowych metod pracy z materiałem genetycznym dołączona jest zdrowa dawka folkloru i film na YouTube (patrz poniżej), który rzekomo przedstawia śpiącą Wielką Stopę. Wniosek z tego jest następujący: Wielka Stopa istnieje i nie jest to małpa, ale hybryda człowieka z nieznanym homininem.
Redaktorzy serwisu Ars Tehnica nie byli zbyt leniwi, aby szczegółowo przeanalizować ten artykuł i zadać pani Kechum kilka nieprzyjemnych pytań - głównie po to, aby dowiedzieć się, dlaczego to wszystko. Jak to się dzieje, że niektórzy postrzegają publikację jako niedbale przeprowadzone badanie, podczas gdy inni postrzegają ważne odkrycie naukowe?
Artykuł opisuje dwa genomy wyizolowane z próbek rzekomo spokrewnionych z Yeti. DNA mitochondrialne jest wyraźnie ludzkie. Niewielka część genomu jądrowego jest mieszaniną sekwencji ludzkich i innych, z których niektóre są ze sobą powiązane, a inne nie.
Biolodzy, z którymi konsultowali się dziennikarze, potwierdzili to, co oczywiste: jest to wynikiem zanieczyszczenia i degradacji próbek, a także nieostrożnego składania DNA. Pani Kechum broni się: „Zrobiliśmy wszystko, co w naszej mocy, aby artykuł był absolutnie uczciwy i naukowy. Nie wiem, czego jeszcze potrzebujesz. Chcieliśmy tylko udowodnić ich istnienie i nam się udało”.
Najpierw zrozummy, dlaczego uważa, że praca została wykonana bezbłędnie i dlaczego się myli.
Przede wszystkim podkreślamy, że obróbką i przygotowaniem próbek (i to jest najważniejsze w takim przypadku) zajmowali się eksperci kryminalistyczni. Nie ulega wątpliwości, że osoby te można nazwać naukowcami, ponieważ kryminalistyczne badanie lekarskie opiera się na zasadzie odtwarzalności wyników eksperymentów, będącej podstawą metody naukowej. Ale w przeciwieństwie do genetyka, kryminalista koncentruje się na wynikach. Najwyraźniej to była przyczyna błędu.
Analiza DNA jest stosowana w kryminalistyce od wielu lat, opracowano standardowe procedury, które potwierdziły swoją wartość. Jednak metody te nigdy nie mają na celu całkowitego odszyfrowania genomu - wystarczy uzyskać dane, które można przedstawić sądowi jako dowód. A autorzy „badania” naprawdę chcieli udowodnić wyimaginowanemu jury, że Yeti istnieje.
Film promocyjny:
Jako próbki wykorzystano kawałki włosów o różnych rozmiarach. Włosy są częstym gościem w laboratoriach kryminalistów, którzy zwykle muszą ustalić, czy należą one do osoby, a dokładniej do konkretnego podejrzanego itp. W tym przypadku badacze doszli do wniosku, że włosy nie są ludzkie. Ok, przejdźmy dalej.
Jeśli włos ma mieszki włosowe, DNA może zostać wyekstrahowane z komórek. Dokonano tego - poprzez standardową procedurę badania kryminalistycznego. Podjęto równie standardowe środki, aby wyeliminować wszelkie obce DNA.
Zdaniem pani Kechum udało się: uzyskano czyste DNA właścicielki włosów, a zatem wnioski z jej analizy są prawidłowe, a Wielka Stopa istnieje. Pomyśl tylko - włosy są nieludzkie, a mitochondrialne DNA, które jest dziedziczone tylko przez linię matczyną, jest ludzkie!
Tak, czasami (a raczej prawie zawsze - powie ci każdy biolog) żadne środki ostrożności nie mogą zabezpieczyć przed błędem. Ale jakie mamy prawo powiedzieć, że w tym przypadku badacze naprawdę popełnili błąd i przeanalizowali zanieczyszczone próbki? To bardzo proste: analiza przyniosła wewnętrznie sprzeczne informacje. Powinieneś był to potraktować jako wskazanie błędu i dwukrotnie sprawdzić wyniki.
Do amplifikacji sekwencji DNA specyficznych dla człowieka stosuje się metodę reakcji łańcuchowej polimerazy (PCR). Używając krótkich sekwencji, które łączą się z częściami ludzkiego genomu, można wykonać wiele kopii pojedynczej cząsteczki DNA w próbce, a tym samym łatwiej ją wykryć. W tym przypadku zastosowano takie PCR, które umożliwiają identyfikację regionów DNA, których długość jest różna w różnych populacjach ludzkich, co jest bardzo przydatne w kryminalistyce.
Jeśli ludzkie DNA nie jest bardzo zniszczone, reakcje powinny jednoznacznie o tym świadczyć. Podobny wynik uzyskuje się z analizy próbek zawierających DNA od bliskich krewnych ludzi (pamiętajmy, że genom szympansa pokrywa się z naszym o ponad 95%). Im dalej zwierzę jest od człowieka, tym rzadziej wyzwalane są reakcje, a PCR coraz częściej daje sekwencje o niewłaściwej długości, ponieważ skład DNA zmienia się w trakcie ewolucji.
Ale nie czekaj, aż DNA usiądzie cicho i poczekaj, aż do niego dojdziesz. Łatwo rozpada się na fragmenty, które z czasem stają się coraz mniejsze, co również wpływa na wynik reakcji.
Robiąc wszystko, co uznawali za stosowne, pani Kechum i jej koledzy dostrzegli chaos. W niektórych reakcjach powstały produkty PCR o oczekiwanej wielkości ludzkiej, inne nie będące ludźmi. Logiczne byłoby interpretowanie tego ostatniego jako całkowitego braku reakcji, a nawet materiału genetycznego. Obraz powtarzał się w kółko i trzeba było wywnioskować, że albo próbka należała do zwierzęcia z drzewa ewolucyjnego daleko od ludzi, albo DNA było silnie zdegradowane.
Naukowcy wykorzystali mikroskopię elektronową i zobaczyli krótkie fragmenty DNA, z których niektóre miały pojedynczą (a nie podwójną) helisę. Nici wiążą się z niektórymi kawałkami, a następnie rozchodzą na jednoniciowe odcinki, które ponownie przyłączają się do poszczególnych cząsteczek. Podobny wzorzec obserwuje się w obecności materiału genetycznego odległego od nas ssaka - sekwencje kodujące białka dość dobrze pokrywają się, a pośrednie regiony DNA są bardzo różne.
Jednym słowem wszystko wskazywało na to, że DNA było słabo zachowane i prawdopodobnie zanieczyszczone. Sugeruje to również, że metody użyte do uzyskania czystego DNA były niewystarczające. Ale autorzy zdecydowali, że przed nimi była po prostu bardzo nietypowa próbka.
Ale niestety nie ma „tylko bardzo nietypowych” próbek. Istoty ludzkie nie mogą krzyżować się z innymi naczelnymi. Tak, nasi przodkowie kojarzyli się z neandertalczykami i denisowianami, ale można ich uważać tylko za pół sapiens, ponieważ nasze DNA jest bardzo podobne. Jednak zamiast zejść z ewidentnie złej ścieżki, naukowcy wyszli na całość. Po odkryciu, że przynajmniej część DNA jest ludzka, doszli do wniosku, że znaleźli hybrydę człowieka i innego naczelnego.
W niespecjalistycznej literaturze często pomija się fakt, że ludzkie komórki w rzeczywistości zawierają dwa genomy. Człowiek żyje w chromosomach i jest przechowywany w jądrze - o tym się zwykle mówi, jeśli chodzi o ludzki genom. Drugi znajduje się w mitochondriach, małych organellach, które wytwarzają większość komórkowego ATP. Są to potomkowie niegdyś wolnych bakterii, które miliardy lat temu mocno związały swoje życie z komórkami, ale zachowały relikt swojego genomu.
DNA mitochondrialne jest cennym narzędziem do śledzenia populacji ludzi i innych gatunków. Ponieważ genom ten nie posiada pełnego zestawu narzędzi do naprawy DNA i nie jest w stanie przejść przez proces rekombinacji, mutuje znacznie szybciej niż jądrowy. Prowadzi to do tego, że nawet blisko spokrewnione populacje mają różnice w mitochondrialnym DNA. Ponadto każda komórka zawiera setki mitochondriów, a każda ma dziesiątki kopii genomu. Dlatego zawsze jest stosunkowo łatwo uzyskać próbki mitochondrialnego DNA, nawet jeśli próbka jest poważnie zdegradowana lub zanieczyszczona.
W konsekwencji, poprzez sekwencjonowanie mitochondrialnego genomu ich próbek, autorzy uzyskali sekwencje człowieka, a nie naczelnego, tylko daleko spokrewnionego z człowiekiem.
Wszystko wskazuje na to, że udane krzyżowanie się ludzi i blisko spokrewnionych gatunków (takich jak neandertalczycy i denisowianie) było stosunkowo rzadkie. Warto oczekiwać, że stworzenie przypominające chodzący dywan ma mniejszy związek z osobą niż wspomniane wyżej, to znaczy, że szanse na krzyżowanie się są jeszcze bardziej zmniejszone. Jednak próbki dały różne sekwencje mitochondrialnego DNA, co oznacza, że krzyżowanie miało miejsce wiele razy. Ponadto okazuje się, że hybrydy nigdy nie krzyżowały się z samicami tych hipotetycznych naczelnych. Wreszcie wydaje się, że te naczelne wymarły, ponieważ nie znaleziono żadnego przykładu ich mitochondrialnego DNA.
Co to za kobiety, które zgodziły się kojarzyć z nieznanymi małpami? Jeśli chcesz nadążać za nowoczesnymi pomysłami naukowymi, powinieneś polegać na populacjach, które kiedyś żyły w Azji i których poszczególne gałęzie przedostały się później do Ameryki. Żaden inny człowiek nie mieszkał w Ameryce (do niedawna). Ale niestety nie można było znaleźć śladu pochodzenia azjatyckiego w mitochondrialnym DNA. Większość sekwencji ma pochodzenie europejskie, jest też kilka przykładów afrykańskich.
Pani Kechum szczegółowo opisała jedną z próbek. Według niej należy do haplotypu, który powstał w Hiszpanii około 13 tysięcy lat temu. Dlatego hybrydyzacja nie mogła wystąpić przed pojawieniem się tego haplotypu.
Na pierwszy rzut oka niemożliwe jest zbudowanie spójnej hipotezy na podstawie tego bałaganu. Oczywiście naukowcy otrzymali próbki ludzkie i silnie zanieczyszczone, co dobrze wyjaśnia różnorodność i wiek sekwencji.
Ale nie zapominajmy, że dla pani Kechum możliwość oczywistej interpretacji jest wykluczona. Autorzy sugerują, że podczas ostatniej epoki lodowcowej do Ameryki Północnej wędrowały grupy Europejczyków i Afrykanów (sic!), Wędrując po niekończących się lodowcach Północnego Atlantyku. Istotnie, istnieje hipoteza, że myśliwi kultury solutreańskiej przekroczyli Atlantyk na lodzie i założyli kilka osad na wschodnich wybrzeżach Ameryki Północnej, po czym albo wymarli, albo zostali zasymilowani przez imigrantów z Azji. Ale pani Kechum z jakiegoś powodu nie podobało się temu założeniu. Nie wyklucza, że krzyżowanie mogło mieć miejsce w Europie, po czym Bigfoot w jakiś sposób trafił do Ameryki - najprawdopodobniej przez most lądowy w miejscu Cieśniny Beringa. „Mogli przemierzyć cały świat pieszo” - mówi badacz. "Oni są tacy szybcy!"
W każdym razie, zdaniem pani Kechum, są to nieistotne szczegóły: „Nie wiemy, jak się tu dostali. Po prostu wiemy, że to zrobili”.
Tak więc do tej pory osobliwości badania nie były związane z metodą, ale z interpretacją wyników. Ale gdy tylko autorzy zaczęli badać określone sekwencje genomu, zaczęły się naprawdę poważne problemy. Niektóre próbki zawierały wystarczająco dużo DNA, aby można je było zsekwencjonować na jednej z platform o dużej przepustowości. Wynik jakości wskazał, że było wystarczająco dużo sekwencji, aby złożyć je w genom. (Co dziwne, naukowcy błędnie zinterpretowali to jako wskazujące, że znajdują się przed sekwencjami tej samej osoby).
Maszyny o dużej przepustowości zazwyczaj wytwarzają krótkie sekwencje zaledwie stu zasad, podczas gdy nawet najmniejszy ludzki chromosom ma ponad 40 milionów zasad. Istnieją programy, które potrafią rozpoznać, kiedy duet takich fragmentów 100 zasad częściowo nakłada się na siebie i staje się możliwe złożenie z nich nowego fragmentu - już ze 150 np. Baz. Poszukiwanie takich nakładek pozwala stopniowo budować fragmenty kilku milionów par zasad. Ta metoda jest niedoskonała (pozostawia „dziury” w genomie), ale jest wygodna i szeroko stosowana.
Z jakiegoś niezrozumiałego powodu nasi bohaterowie go nie używali. Zamiast tego wzięli jeden ludzki chromosom i za pomocą programów komputerowych próbowali złożyć coś podobnego z posiadanego materiału.
Jednak większość regionów kodujących DNA ssaków jest konserwatywna i dlatego pięknie układają się w ludzkim chromosomie, podczas gdy niewłaściwa część genomu jest ignorowana. Innymi słowy, takie podejście prawie gwarantuje, że da coś podobnego do ludzkiego genomu.
Innym problemem związanym z tą metodą jest to, że oprogramowanie zwykle traktuje sekwencję chromosomów danej osoby jako cel, który należy osiągnąć. Jeśli program nie znajdzie idealnego dopasowania, poszuka najlepszego dostępnego.
Mimo to nie było możliwe zebranie całego chromosomu. Komputer wyprodukował trzy sekcje chromosomu po kilkaset tysięcy par zasad każdy, a ludzki genom, pamiętajmy, zawiera ich ponad trzy miliardy. Biorąc pod uwagę, że wskaźnik jakości DNA był wysoki, możemy mówić o dwóch rzeczach: albo oprogramowanie zostało źle wybrane, albo było mało ludzkiego DNA.
Zatrzymajmy się na chwilę i spróbujmy sobie wyobrazić, że wnioski autorów są słuszne, to znaczy, że Wielka Stopa istnieje i jest owocem miłości ludzi do jakiegoś niezidentyfikowanego hominida. Wiadomo, że nasi przodkowie krzyżowali się z neandertalczykami i denisowianami, a rezultatem tych małżeństw, naturalnie, powinno być coś w rodzaju człowieka, ponieważ neandertalczycy i denisowianie byli bardzo podobni do ludzi. W konsekwencji, aby wyprodukować Wielką Stopę, ludzie musieli krzyżować się z jakimś bardziej odległym krewnym, ale nie tak odległym jak szympans.
Jak wyglądałby genom takiego hominina? Genomy neandertalczyków i denisowian są bardzo podobne do ludzkich. Genom „homininy X” powinien bardziej różnić się od naszego, ale nie bardziej niż genom szympansów. Pod względem struktury na dużą skalę genomy człowieka i szympansa są prawie identyczne, mają tylko sześć lokalizacji z dużą różnicą strukturalną, czyli łącznie 11 punktów przerwania. I żaden z tych punktów nie znajduje się na 11. chromosomie, który autorzy próbowali zrekonstruować, więc to jest w porządku.
Mniejsze wstawienia i usunięcia są bardziej rozpowszechnione, ale niewiele. Jeśli skupimy się na tych regionach genomu, w których nie ma wspomnianych wyżej dużych odcinków oddzielających ludzi od szympansów, to nasze genomy pokrywają się z nimi w 99%. Można przypuszczać, że genom homininy, z którym mógł krzyżować się nasz przodek, powinien pokrywać się z naszym w 97–98%.
Hybrydy pierwszego pokolenia będą miały genomy swoich rodziców w proporcji 50 do 50. Oczywiście, dobór naturalny będzie miał swój głos, ale generalnie około 90% ludzkiego genomu nie podlega presji selekcyjnej, a większość reszty nie podlega jej po prostu dlatego, że że jest identyczny u obojga rodziców. W rezultacie 98–99% genów obu gatunków zostanie odziedziczonych losowo.
Oczywiście po pierwszym pokoleniu rozpocznie się rekombinacja dwóch genomów, których jednostką jest centymorgan. 1 cM odpowiada odległości między genami, pomiędzy którymi następuje rekombinacja z częstotliwością 1%. Jeśli masz 50 milionów par zasad DNA, istnieje równa szansa na rekombinację i brak rekombinacji z każdym pokoleniem. U ludzi jedno pokolenie to średnio około 29 lat, u szympansów - 25 lat. Można przypuszczać, że Wielka Stopa ma około 27 lat.
Jeśli Yeti pojawił się około 13 tysięcy lat temu, to od tego czasu zmieniło się około 481 pokoleń. Oznacza to 241 rekombinacji. Średnio widzimy jeden znak rekombinacji na każde 200 tys. Par zasad lub coś takiego.
Tak więc wiemy, jak powinien wyglądać genom hybrydy: odcinki ludzkiego DNA o długości ponad 100 tysięcy zasad przeplatają się z segmentami tej samej wielkości, które są podobne do ludzkich, ale wciąż różnią się od nich. Podobieństwa między jednym a drugim muszą być bardzo silne, więc trudno byłoby powiedzieć, gdzie kończy się ludzka sekwencja, a zaczyna nie-ludzka. Aby sobie z tym poradzić, należałoby użyć sprzętu o rozdzielczości rzędu tysiąca par zasad. A ponieważ mitochondrialne DNA wskazuje na wiele epizodów krzyżowania się, żaden Yeti nie miałby takiej samej kombinacji regionów ludzkich i nie-ludzkich.
Genom, który pani Kechum i jej koledzy próbowali nam narzucić, jest zupełnie inny. Ludzkie łaty mają tylko kilkaset par zasad. Są zmieszane z regionami zupełnie odmiennymi od ludzkich. Taki genom w żaden sposób nie potwierdza hipotezy hybrydowej. Ale pani Kechum nie ustępuje: w końcu hybrydyzacja mogła nastąpić znacznie ponad 13 tysięcy lat temu.
Pracownicy Ars Technica postanowili samodzielnie dowiedzieć się, czym jest ten genom na stronie ENSEMBL. Oprogramowanie BLAST wykazało, że chromosom 11 najlepiej odpowiada temu zestawowi sekwencji, czego należy się spodziewać. Ale, jak pamiętamy, obok człowieka istniały inne obszary. Jeśli naprawdę jesteśmy hybrydą, to powinny przynajmniej przypominać ludzkie, ale nic takiego - dla jednych w bazie danych nie znaleziono żadnych dopasowań, podczas gdy inni, jak się okazało, należą do niedźwiedzi, myszy i szczurów, czyli mamy przed sobą zwykłe ludzkie próbki, bardzo silnie zanieczyszczony DNA zwierząt pospolitych w lasach Ameryki Północnej.
Ponowna analiza jednej z próbek w innym laboratorium doprowadziła sceptycznych genetyków do podobnego wniosku.
Kiedy komputer został poproszony o złożenie 11. chromosomu ludzkiego z tej mieszaniny, znalazł najbardziej odpowiednie fragmenty i wypełnił luki między nimi wszystkim - czasami materiałem ludzkim, czasami nie.
Jak widać, autorzy badania nie dążyli do ustalenia, co się przed nimi kryje. Wywodzili się z głębokiego przekonania, że są to próbki czystego DNA yeti i przypisywano temu wszystkie dziwactwa. Powodem jest to, że pani Kechum zobaczyła na własne oczy Wielką Stopę i chętnie opowiedziała o tym światu. Według niej spotkała się z entuzjastami, którzy mieszkają w jakimś sekretnym miejscu, gdzie mogą „porozumiewać się” z yeti. Ci drudzy są przyzwyczajeni do ludzi i podchodzą do nich z takiej odległości, z której można ich oglądać.
Twierdzi, że takie „miejsca spotkań” są trzymane w tajemnicy, aby dziennikarze, myśliwi i właściciele ogrodów zoologicznych nie byli zainteresowani bałwanem. Krótko mówiąc, chcą chronić Wielką Stopę przed nadmierną ciekawością, która nie zrobi im dobrze. Ale pewnego dnia ludzkie mitochondrialne DNA znaleziono we włosie, który został zidentyfikowany jako nie-ludzki, a pani Kechum chciała zawstydzić sceptyków.
Wszystkie absurdy swoich badań uważa za tajemnicę, która zasługuje na dalsze badania. „Wyniki są takie, jakie są i nie zamierzam dopasowywać ich do konwencjonalnych modeli naukowych, jeśli nie będą pasować” - mówi.