Rozum mamy po neandertalczykach

Jeszcze sto lat temu przebieg ewolucji naszego gatunku pozostawał dla naukowców jedną wielką zagadką. Jednak wykopaliska prowadzone w XX wieku na terenie Afryki i innych obszarach świata dostarczyły nieco informacji na ten temat. Pierwszą teorię dotyczącą genezy Homo sapiens, zwaną teorią multiregionalną, sformułowano w połowie lat 80. XX wieku. Według niej dwa miliony lat temu archaiczny gatunek człowieka – Homo erectus – wywędrował z Afryki w kierunku Azji, a potem do Europy. Z biegiem czasu różne grupy Homo erectusa zasiedliły spore obszary kuli ziemskiej. W ciągu kolejnych setek tysięcy lat zaczęły lokalnie ewoluować, przekształciły się w inne gatunki, w tym neandertalczyków, a potem w Homo sapiens.

Niestety, w 1987 roku na łamach szacownego "Nature" wyniki swych badań opublikowali amerykańscy uczeni z University of California w Berkeley. Wywróciły one do góry nogami dotychczasowe ustalenia. Z analiz DNA 147 osób z pięciu różnych stron świata wynikało bowiem, że wszyscy są dalekimi potomkami jednej kobiety, żyjącej mniej więcej 200 tysięcy lat temu na terenie Afryki. Te zdumiewające dane przyniosła analiza mitochondrialnego DNA (mtDNA).

Zawarty w ludzkich mitochondriach materiał genetyczny jest bardzo przydatny do śledzenia historii ewolucji. Wszyscy dziedziczymy go po matce, a pojawiające się w nim w miarę regularnie mutacje zaznaczają upływający czas. Każda taka zmiana daje początek nowej linii mtDNA. Badając mtDNA większej liczby ludzi można odtworzyć ich "drzewo genetyczne", które do złudzenia przypomina drzewo genealogiczne. To ono wskazało uczonym afrykańską pramatkę całej ludzkości – mitochondrialną Ewę.

Stworzoną na tej podstawie teorię nazwano teorią wyjścia z Afryki. Zakłada ona, że gatunek Homo sapiens wyewoluował niespełna 200 tys. lat temu z niewielkiej afrykańskiej grupy Homo erectus i wyruszył na podbój świata. Ponieważ był bardziej zmyślny od swoich konkurentów (neandertalczyków z Europy i homo erectusów z Azji) szybko wyparł ich z zajmowanych terenów. Wielbiciele tej teorii jeszcze 10 lat temu stanowili większość wśród paleoantropologów.

Wtedy znów badania genetyczne dostarczyły nowych, zaskakujących danych. Amerykańscy uczeni przyjrzeli się tym razem komórkowemu DNA człowieka. Także w nim są grupy genów, za pomocą których można zajrzeć w przeszłość konkretnej grupy ludzi i zbudować jej "drzewo genetyczne". Nazywane są haplotypami. "Drzewo genetyczne" stworzone dzięki odmianom jednego z nich (związanego z genem PDHA1) miało dwie podstawowe gałęzie rodowe. Ich ostatni wspólny przodek żył 1,8 miliona lat temu, a więc setki tysięcy lat, zanim Homo sapiens pojawił się na arenie dziejów.

Ustalenia Amerykanów podważyły teorię "wyjścia z Afryki". Według niej cały nasz materiał genetyczny powinien pochodzić od jednego wspólnego przodka żyjącego dość niedawno. Na dodatek okazało się, że nie tylko w haplotypie związanym z genem PDHA1 są kawałki DNA, starszego niż gatunek Homo sapiens. – Wciąż znajdujemy nowe fragmenty takiego materiału genetycznego w różnych miejscach ludzkiego genomu. Trudno wyjaśnić, skąd tam się wzięły – mówi Sarah Tishkoff, genetyk z University of Maryland.

Pojawiła się zatem nowa koncepcja. Być może wędrujący przez tereny Europy czy Azji Homo sapiens krzyżował się z innymi przedstawicielami rodzaju Homo i w ten sposób to prastare DNA trafiło do naszego materiału genetycznego? Jeśli ta hipoteza jest prawdziwa, jesteśmy hybrydami powstałymi na skutek wymieszania się wielu gatunków. Są już zresztą pierwsze tego dowody.

Amerykański genetyk Bruce Lahn z University of Chicago twierdzi, że zidentyfikował kawałek DNA, który przejęliśmy od neandertalczyków. W trakcie badań uczony skupił się na genie odpowiedzialnym za produkcję mikrocefaliny, białka odpowiedzialnego rozwój mózgu. Mutacje tego genu powodują chorobę zwaną mikrocefalią, charakteryzującą się poważnym niedorozwojem mózgu. Lahn odkrył, że jeden z wariantów tego genu pojawił się w naszym DNA prawie 40 tysięcy lat temu. Oczywiście mógł pojawić się na skutek mutacji. Jednak badania haplotypów wykazały, iż mutacja musiałaby zajść przynajmniej milion lat temu. Co to oznacza? Nowa wersja genu odpowiedzialnego za powstawanie microcefaliny wyewoluowała w gatunku, który dał początek neandertalczykom, a ci niespełna 40 tysięcy lat temu przekazali go nam.

Co ciekawe, z punktu widzenia ewolucji posiadanie tej konkretnej odmiany genu było tak korzystne, że bardzo szybko rozprzestrzeniła się wśród przedstawicieli gatunku Homo sapiens. Dziś ma go aż 70 procent ludzi. Co dał naszym przodkom, a tym samym także nam? – Sprawniej działający mózg – twierdzi Lahn. Nowa wersja genu odpowiadała za efektywniejsze wykorzystanie naszego potencjału intelektualnego.

Lahn nie jest jedynym badaczem, który zajmuje się szukaniem dowodów na krzyżowanie się Homo sapiens z innymi gatunkami rodzaju Homo. Takich uczonych jest coraz więcej. Michael Hammer z University of Arizona znalazł na przykład kawałek DNA – pseudogen RRM2P4 – który występuje u ludzi w dwóch podstawowych wersjach. Utworzyły się one aż dwa miliony lat temu, co dowodzi, że Homo sapiens musiał go przejąć od potomków Homo erectusa, który właśnie dwa miliony lat temu wywędrował z Afryki.

"Ortodoksyjnie pojmowane teorie: multiregionalna oraz "wyjścia z Afryki" są już dziś intelektualnie passe. Teraz obowiązuje model "wyjścia z Afryki" uzupełniony tezą o mieszaniu się gatunków z rodzaju Homo. Kwestią otwartą pozostaje, jak często, kiedy i gdzie miało to miejsce" – mówi Eric Trinkaus, antropolog z Washington University.

Małgorzata Minta: Jednym z najbardziej kontrowersyjnych tematów współczesnej antropologii jest możliwość krzyżowania się Homo sapiens i neandertalczyków. Jako argument "za" przytacza się dowody z wykopalisk, np. szczątki chłopca z Lagar Velho, które noszą cechy obydwu tych gatunków. Jako argument "przeciw" podaje się brak neandertalskich genów w DNA ludzi i vice versa. Jaki dowód mógłby rozstrzygnąć ten problem?

Ewa Ziętkiewicz: Jeśli chodzi o szczątki chłopca, to faktycznie, opinie na ten temat są podzielone. Niektórzy twierdzą, że nietypowe cechy tych szczątków wynikają z tego, iż należały one do osoby młodej, nie w pełni ukształtowanej, być może chorej itp. Nawet jeżeli założymy, że była to osoba o w pełni rozwiniętych cechach zarówno ludzkich, jak i neandertalskich, to szkielet nie stanowi dowodu, że tego rodzaju hybryda mogła mieć potomstwo. O krzyżowaniu się gatunków możemy mówić dopiero wtedy, kiedy potomstwo przedstawicieli dwóch gatunków jest płodne i może mieć dzieci. Za przykład można tu dać muła, czyli krzyżówkę konia z osłem – muły są powszechnie spotykane, ale one same nie mogą mieć potomstwa. Choć jest możliwe, że dochodziło do krzyżowania się Homo sapiens i neandertalczyka, nie wiemy, czy ich dzieci miały dzieci. Musielibyśmy znaleźć szczątki całej rodziny hybryd, gdzie zarówno rodzice, jak i dzieci nosiłyby cechy obydwu gatunków. Jak dotąd odkopujemy co najwyżej pojedynczych mieszańców.
Niektórzy naukowcy twierdzą na podstawie badań genetycznych, że nie mogliśmy się z neandertalczykami krzyżować. Czy wyniki analiz DNA są faktycznie jednoznaczne? Nie do końca. Mimo iż udało nam się zsekwencjonować genom człowieka oraz sporą część materiału genetycznego neandertalczyka, nadal wiemy zbyt mało, by powiedzieć coś na pewno. Przyjmujemy, że ludzie i neandertalczycy nie mieszali się ze sobą na dużą skalę. Jeśli takie przypadki występowały, były pojedyncze i nie pozostawiły wyraźnego śladu w naszym DNA.

Czy jest możliwe, że te ślady istnieją, ale my nie potrafimy ich zobaczyć?

Oczywiście. Nawet jeśli założyć, że potomstwo neandertalczyków i Homo sapiens było płodne, to wkład neandertalczyków w pulę genową współczesnej populacji ludzkiej jest bardzo mały, a przez to – niezwykle trudny do wychwycenia. Badania utrudnia fakt, że nawet bez krzyżowania genomy człowieka i neandertalczyka są bardzo podobne.

Jakiego rodzaju dowody pozwoliłyby nam jednoznacznie rozstrzygnąć, czy Homo sapiens wyparł, czy wchłonął inne gatunki?

Na pewno ważne jest, żeby nie interpretować wyników badań genetycznych w oderwaniu od danych paleoantropologicznych. I podobnie nie można opierać się tylko na wynikach paleoantropologicznych, nie patrząc na to, co wynika z analizy materiału genetycznego. Czy możliwe będzie uzyskanie konkretnego dowodu na korzyść wchłaniania czy wypierania? Na pewno nie będzie to dowód pojedynczy. Tak samo jak dowodem nie może być pojedynczy szkielet, tak samo nie będzie to jeden gen. To raczej kwestia zgromadzenia dużej liczby drobnych danych, ale danych, które dotyczą całego materiału genetycznego.

A jakie jest pani osobiste zdanie – wchłonęliśmy czy wyparliśmy?
Homo sapiens jest gatunkiem, którego historię ewolucyjną charakteryzuje silna ekspansja – geograficzna i demograficzna. Napotykając inne grupy praludzkie, mogliśmy coś od nich przejąć lub wchłonąć, ale nie w taki sposób, żeby to nas jakoś diametralnie zmieniło. Dopuszczam możliwość, że dochodziło do krzyżowania, że inne gatunki Homo (a w każdym razie neandertalczyk) wzbogaciły nas swymi genami, ale była to niewielka smużka, smaczek ewolucji. Prawdopodobnie więc wyparliśmy, wchłaniając. Określenie tego, jak dużo ze zasymilowanego materiału genetycznego posiadamy, wymaga wielu dalszych badań.

Czy zwolennicy teorii multiregionalnej i zwolennicy niedawnego wyjścia z Afryki dojdą kiedyś do porozumienia?

Obecnie teorie te bardzo się do siebie zbliżyły. Teoria multiregionalna akceptuje największy udział populacji afrykańskiej w ewolucji człowieka, a teoria niedawnego wspólnego początku (oparta głównie na danych genetycznych) zakłada możliwość istnienia domieszek z puli genów grup żyjących w Azji czy Europie. Osiągnięcie konsensusu wymagałoby zapewne od badaczy uzgodnienia dat pewnych wydarzeń migracyjnych. W każdym razie oczywiste jest, że żaden z poprzednio lansowanych czystych modeli nie odzwierciedla skomplikowanej historii ewolucji naszego gatunku.

Dr hab. Ewa Ziętkiewicz pracuje w Zakładzie Genetyki Molekularnej i Klinicznej Instytutu Genetyki Człowieka PAN w Poznaniu