science >> Wetenschap >  >> Biologie

Staan we allemaal af van een gemeenschappelijke vrouwelijke voorouder?

Zie meer DNA-foto's. 2008 Hoe werkt het

In 1987, een groep genetici publiceerde een verrassende studie in het tijdschrift Nature.De onderzoekers onderzochten de mitochondriaal DNA (mtDNA) genomen van 147 mensen in alle grote raciale groepen van vandaag. Deze onderzoekers ontdekten dat de afstamming van alle mensen die vandaag de dag leven op een van de twee takken in de stamboom van de mensheid valt. Een van deze takken bestaat uit niets anders dan Afrikaanse afkomst, de andere bevat alle andere groepen, waaronder een aantal Afrikaanse afkomst.

Nog indrukwekkender, de genetici concludeerden dat elke persoon op aarde nu zijn of haar afstamming kan herleiden tot een enkele gemeenschappelijke vrouwelijke voorouder die rond de 200 leefde, 000 jaar geleden. Omdat de ene tak van de menselijke afstamming van Afrikaanse oorsprong is en de andere ook een Afrikaanse afstamming bevat, de auteurs van het onderzoek concludeerden dat Afrika de plaats is waar deze vrouw woonde. De wetenschappers noemden deze gemeenschappelijke vrouwelijke voorouder Mitochondriale Eva .

De onderzoekers kwamen op het idee voor dit project op basis van een ontdekking die een andere geneticus in 1980 deed. Dr. Wesley Brown merkte op dat wanneer je het mtDNA van twee mensen vergelijkt, de monsters lijken veel meer op elkaar dan wanneer het mtDNA van twee andere primaten - bijvoorbeeld, twee chimpansees -- wordt vergeleken. Bruin gevonden, in feite, dat het mtDNA van twee mensen slechts ongeveer half zoveel verschillen heeft als het mtDNA van twee andere primaten binnen dezelfde soort [bron:Cann]. Dit suggereert dat mensen een veel recentere gemeenschappelijke voorouder delen dan andere primaten, een idee dat verleidelijk genoeg is om het Natuuronderzoek te starten.

De hoofdauteur van de studie, Rebecca Cann, noemde haar collega's' en haar keuze om Eve als naam te gebruiken 'een speelse verkeerde benaming, " en wees erop dat de studie niet impliceerde dat de mitochondriale Eva niet de eerste - of enige - vrouw op aarde was gedurende de tijd dat ze leefde [bron:Cann]. In plaats daarvan, deze vrouw is gewoon de meest recente persoon tot wie alle mensen hun genealogie kunnen herleiden. Met andere woorden, er waren veel vrouwen die voor haar kwamen en veel vrouwen die na haar kwamen, maar haar leven is het punt van waaruit alle moderne takken van de stamboom van de mensheid zijn gegroeid.

Toen de onderzoekers in de studie van 1987 keken naar monsters genomen van 147 verschillende mensen en foetussen, ze vonden 133 verschillende sequenties van mtDNA. Een paar van de mensen die proefden, het bleek, waren onlangs verwant. Na vergelijking van het aantal verschillen tussen de mtDNA-monsters binnen rassen, vonden ze dat Afrikanen de meeste diversiteit hebben (dat wil zeggen, het meeste aantal verschillen) van een enkele raciale groep. Dit zou suggereren dat het mtDNA dat bij Afrikanen wordt gevonden het oudste is:aangezien het de meeste mutaties heeft gehad, een proces dat tijd kost, het moet de oudste van de huidige geslachten zijn.

De twee verschillende takken die ze ontdekten, bevatten het mtDNA dat wordt aangetroffen in de vijf belangrijkste populaties op de planeet:Afrikaans, Aziatisch, Europese, Australische en Nieuw-Guinese. Onderzoekers ontdekten dat in de tak die niet uitsluitend Afrikaans was, raciale populaties hadden vaak meer dan één afstamming. Bijvoorbeeld, één Nieuw-Guinea geslacht vindt zijn naaste verwant in een geslacht aanwezig in Azië, niet Nieuw-Guinea. Alle geslachten en beide takken, echter, kunnen allemaal worden teruggevoerd op één theoretisch punt:mitochondriale Eva.

Dus hoe werd Eva uiteindelijk de meest recente gemeenschappelijke voorouder van de mensheid? Dat bekijken we in dit artikel, evenals enkele argumenten tegen de mitochondriale Eva-theorie. Maar eerst, wat zijn mitochondriën en waarom gebruiken wetenschappers mtDNA om afstamming te volgen?

Inhoud
  1. Een beetje over mitochondriën
  2. alles over Eva
  3. Een voorbeeld van mtDNA-onderzoek
  4. Eva onder aanval

Een beetje over mitochondriën

Terwijl vrouwelijke eieren veel mitochondriën bevatten, mannelijk sperma bevat slechts enkele, die na de bevruchting verloren gaan. iStockfoto

Biologen zijn al sinds de 19e eeuw op de hoogte van mitochondriën. Maar het was pas in de late jaren 1970 dat de waarde van het gebruik van het DNA in mitochondriën om de oude menselijke geschiedenis te volgen duidelijk werd. Mitochondriaal DNA verschilt op een paar belangrijke manieren van nucleair DNA - de verscheidenheid aan DNA die zich in de kern van elk van je cellen bevindt, bepaalt je oogkleur, raciale kenmerken, vatbaarheid voor bepaalde ziekten en andere bepalende kenmerken. mtDNA, anderzijds, bevat codes voor het maken van eiwitten en het uitvoeren van de andere processen die mitochondriën ondernemen.

De genen die je bij je draagt ​​in de vorm van nucleair DNA zijn het resultaat van een fusie tussen het DNA van je moeder en vader - deze fusie heet recombinatie . mtDNA, echter, is bijna uitsluitend afkomstig van uw moeder. Dit komt omdat het ei van een vrouwelijk mens veel mtDNA bevat, terwijl mannelijk sperma slechts een beetje mitochondriën bevat. Een van de functies van een enkel mitochondrion is het genereren van energie voor de cel die het bevat, en sperma gebruikt een paar mitochondriën in de staart om hun race naar het ei voor bevruchting te stimuleren. Deze mitochondriën worden vernietigd nadat het sperma het ei heeft bevrucht, en dus gaat elk mtDNA dat van vaderskant zou kunnen worden doorgegeven verloren.

Dit betekent dat mtDNA is matrilineair -- alleen de moeders kant overleeft van generatie op generatie. Een moeder die alleen zonen baart, zal haar mtDNA-lijn verloren zien gaan. Onderzoek van mtDNA heeft tot nu toe alleen zeldzame en ongebruikelijke gevallen opgeleverd waarin mtDNA van de vader overleeft en wordt doorgegeven aan het kind.

Mitochondriën zijn ook waardevol voor evolutionisten omdat kopieën van exact hetzelfde mtDNA dat je hebt in cellen door je hele lichaam te vinden zijn. Binnen elke cel, te, er kunnen duizenden kopieën van mtDNA zijn. Omgekeerd, het nucleaire DNA in een cel bevat meestal slechts twee exemplaren. Het is ook gemakkelijker om mtDNA te extraheren dan nucleair DNA, omdat het buiten de fragiele en sneller rottende kern van de cel wordt gevonden.

Wat dit allemaal oplevert, is dat je mtDNA hetzelfde is als dat van je moeder, aangezien er geen recombinatie is om een ​​derde versie te vormen, verschillend van zowel die van uw moeder als die van uw vader, maar een combinatie van beide. Dit maakt mtDNA veel gemakkelijker te volgen vanuit een antropologisch standpunt.

De mens bestaat al heel lang. In de honderdduizenden jaren dat we op de planeet rondlopen, ons aantal is gegroeid. Hoe komt het dat slechts ongeveer 200, 000 jaar geleden werd een alleenstaande vrouw de overgrootmoeder van ons allemaal? Zou de menselijke geschiedenis niet verder terug moeten gaan dan dat?

Lees de volgende pagina om erachter te komen hoe de mensheid bijna uitgestorven kan zijn, het toneel vormen voor Mitochondriale Eva om haar blijvende erfenis achter te laten.

Videogalerij:DNA-onderzoek

Onderzoeker Daphne Preuss heeft een manier gevonden om genetisch materiaal aan planten toe te voegen. Ontdek wat dit zou kunnen betekenen voor het verbeteren van gewassen en medische doorbraken in deze video van de Universiteit van Chicago.

Een nieuwe op het web gebaseerde DNA-database kan onderzoekers helpen met de aanwijzingen die ze nodig hebben om bepaalde ziekten te verslaan. Zie hoe in deze video van ScienCentral.

In deze video van ScienCentral, je zult zien hoe onderzoekers DNA-bewijs hebben gevonden bij mensen en apen dat verklaart waarom menselijke hersenen zo veel groter zijn.

Lees verder

alles over Eva

Men denkt dat een vulkaan op Sumatra zoals deze de mensheid in een evolutionair knelpunt heeft gedwongen na de uitbarsting 70, 000 jaar geleden. Jewel Samad/AFP/Getty Images

Cann en haar collega-onderzoekers schatten dat Mitochondriale Eva ongeveer 200, 000 jaar geleden. Met hun foutmarge inbegrepen, ze zou hebben geleefd tussen 500, 000 en 50, 000 jaar geleden. Aangezien men denkt dat Eva leefde in een tijd dat er andere vrouwen in leven waren, hoe komt het dat wij allen die nu leven alleen van haar afstammen? Er zijn een paar verklaringen voor hoe alleen Eve's mtDNA alleen had kunnen overleven, en hoogstwaarschijnlijk is een combinatie van convergerende factoren verantwoordelijk.

De meest waarschijnlijke mogelijkheid is dat een evolutionair knelpunt gebeurde onder de mensheid terwijl Eva nog leefde. Dit is een situatie waarin een grote meerderheid van de leden van soorten plotseling uitsterft, de soort op de rand van uitsterven brengen. Deze plotselinge afname van het aantal is niet te wijten aan enige vorm van onvermogen om zich aan te passen. In plaats daarvan, het is waarschijnlijker het resultaat van een of andere catastrofe, bijvoorbeeld, het resultaat van een komeet die de aarde raakt. Nadien, slechts een paar leden blijven over om de groep opnieuw te bevolken en te blijven evolueren. Er wordt vermoed dat knelpunten zich op verschillende momenten in de geschiedenis van de mensheid hebben voorgedaan, dus het is geen vergezocht idee dat een gebeurtenis als deze tijdens Eva's leven had kunnen plaatsvinden.

Een in 1998 uitgebracht rapport concludeerde dat ongeveer 70, 000 jaar geleden, mensheid werd teruggebracht tot slechts ongeveer 15, 000 mensen op de hele planeet [bron:Whitehouse]. Met heel weinig mensen verspreid over de planeet, de mensheid stond inderdaad op het punt van uitsterven. De gebeurtenis die het bijna verlies van onze soort veroorzaakte, was een uitbarsting van de berg Toba op Sumatra. Deze vulkaanuitbarsting was zo immens dat het de temperatuur op aarde verlaagde, doodde de dieren en planten die mensen voedden en de koudste ijstijd veroorzaakten die de planeet heeft gezien, blijvende 1, 000 jaar.

De Mitochondriale Eva-theorie roept vergelijkbare scenario's op. Als de menselijke populatie drastisch zou worden verminderd, en er waren niet veel vrouwen in de buurt om kinderen te krijgen, het toneel is klaar voor een "Lucky Mother, " zoals Cann het zegt, om naar voren te komen als een meest recente gemeenschappelijke voorouder. Het is mogelijk dat na een paar generaties, het mtDNA van de andere vrouwen stierf uit. Als een vrouw alleen mannelijke nakomelingen voortbrengt, haar mtDNA wordt niet doorgegeven, omdat kinderen geen mtDNA van hun vader ontvangen. Dit betekent dat terwijl de zonen van de vrouw haar mtDNA zullen hebben, haar kleinkinderen niet, en haar lijn zal verloren gaan.

Het is mogelijk dat dit de oorzaak was dat Eva naar voren kwam als de enige "gelukkige moeder" die in wezen ons allemaal ter wereld bracht.

Heb je een beetje moeite met het begrijpen? Geen zorgen. Lees de volgende pagina voor een illustratie van waartoe mtDNA theoretisch in staat is op de volgende pagina. Het zal de zaken een beetje ophelderen.

Een voorbeeld van mtDNA-onderzoek

Chuck Kennedy/Getty Images Mitochondriaal DNA is nuttig bij het identificeren van familieleden. Het wordt hier gebruikt in het DNA-identificatielaboratorium van de strijdkrachten in Rockville, MD, voor gebruik bij het identificeren van de overblijfselen van soldaten. Chuck Kennedy/Getty Images

Hoewel praten over genetische mutaties en DNA-sequenties het ingewikkeld doet lijken, in de kern, het volgen van mtDNA is gebaseerd op een bedrieglijk eenvoudig idee:mensen van wie de voorouders ooit nauw verwant waren, zouden bijna identiek mtDNA moeten hebben. mtDNA kan in de loop van de tijd mutaties ondergaan, maar het duurt even voordat deze mutaties optreden. logisch, hoe minder er zijn, des te minder tijd is er verstreken sinds de voorouders van twee families uit elkaar gingen. Die mensen die slechts een paar verschillen in hun mtDNA-sequenties hebben, zouden recenter verwant zijn dan die sequenties die veel verschillen vertonen.

Denk er zo over na. Stel dat je betovergrootmoeder van je moeders kant -- die we Mildred zullen noemen -- een zus had, die we Tillie zullen noemen. Beiden deelden identiek mtDNA dat ze van hun moeder kregen. Maar stel je voor dat Tillie en Mildred een vreselijke ruzie hadden, en Tillie trok door het land, terwijl de afstammelingen van Mildred -- waaronder jij -- bleven.

Tillie en Millie hebben elkaar nooit meer gesproken. Beide vrouwen baarden meisjes, en zo werd hun matrilineaire mtDNA doorgegeven. Maar naarmate de generaties verder gingen, de families van de twee werden zich steeds minder bewust van het bestaan ​​van de andere tak, totdat de ene lijn zich niet bewust was van de andere. Maar de twee lijnen staan ​​op het punt onbedoeld herenigd te worden. Onderzoekers plaatsten een landelijke advertentie waarin werd gevraagd naar proefpersonen voor een onderzoek naar recente menselijke populatietrends met behulp van mtDNA voor het in kaart brengen. Per toeval, jij en een verre neef van je aan Tillie's kant van de familie besluiten allebei om vrijwilligerswerk te doen.

Nadat ze een DNA-monster van u hebben verzameld, de onderzoekers vergelijken je mtDNA met de sequenties van de andere kandidaten. Kijk eens aan - ze ontdekken dat twee vrijwilligers neven en nichten zijn. Je mtDNA vergelijken met dat van je neef, de genetici zouden moeten kunnen vertellen hoe lang geleden Tillie en Mildred hun ruzie hadden. Als ze de lokale bevolking van uw gebied en het gebied van uw neef hebben gecontroleerd, ze zouden ook moeten kunnen zien of het Tillie of Millie was die migreerde, door uit te zoeken welke populatie meer van het mtDNA in uw familielijn deelde -- meer mensen met hetzelfde mtDNA betekent dat die sequentie al langer bestaat. Bovendien, ze kunnen ook concluderen dat aangezien jij en je neef hetzelfde mtDNA delen, je hebt een meest voorkomende recente voorouder, de vrouw die moeder is van Tillie en Mildred.

Omdat het even duurt voordat mtDNA-mutaties optreden, het zou behoorlijk moeilijk zijn voor deze ingebeelde genetici om jou en je neef nauwkeurig vast te stellen, maar wanneer deze techniek wordt geëxtrapoleerd over een periode van tien- of honderdduizenden jaren, het wordt veel levensvatbaarder.

Niet iedereen koopt de Mitochondriale Eva-theorie, echter. Lees de volgende pagina om meer te weten te komen over kritiek op het onderzoek.

Eva onder aanval

Na kritiek te hebben ondervonden voor het verzamelen van DNA-monsters van Afro-Amerikanen in plaats van Afrikanen in hun onderzoek, Cann en haar collega's bezochten mensen in Afrika, zoals deze Soedanezen, om hun genetische informatie te verzamelen. De resultaten waren hetzelfde. Natalie Behring-Chisholm/Getty Images

Evolutionaire mapping door het gebruik van mtDNA is onnauwkeurig. Toen de mtDNA-studie na het einde van de jaren zeventig werd voortgezet, wetenschappers ontdekten een eigenschap die bekend staat als heteroplasmie -- de aanwezigheid van meer dan één sequentie van mtDNA gevonden in dezelfde persoon. Zelfs binnen één persoon, er zijn verschillen tussen mtDNA die het vergelijken van de ene persoon of groep met de andere lastig maken.

De studie uit 1987 die het concept van mitochondriale vooravond aan de wereld introduceerde, kwam onder vuur te liggen toen werd opgemerkt dat de 'Afrikaanse' populatie die de onderzoekers bemonsterden in feite bijna volledig uit Afro-Amerikanen bestond. Is het mogelijk dat in de paar honderd jaar sinds Afrikanen tegen hun wil in Amerika waren geïmporteerd, het mtDNA van Afro-Amerikanen voldoende was gemuteerd om het monster onbruikbaar te maken? In het licht van de kritiek, Cann en haar collega's namen een extra steekproef van Afrikanen die in Afrika woonden, maar vond vrijwel dezelfde resultaten.

Een ander probleem met mtDNA-onderzoek zijn de verschillen in de snelheid van mutatie. Denk er zo over na, als je keek naar hoe lang het duurde voordat een bepaalde sequentie van mtDNA een verandering ontwikkelde -- een mutatie -- en concludeerde dat het 1, 000 jaar, dan zouden twee mtDNA-stammen van dezelfde afstamming met twee mutaties ongeveer 2 zijn gedivergeerd, 000 jaar geleden, Rechtsaf? Dit is hoe Cann en zijn bedrijf besloten dat Mitochondriale Eva rond de 200 leefde, 000 jaar geleden.

De onderzoekers zeiden dat ze er in hun onderzoek van uitgingen dat mtDNA met een constante snelheid muteert. Het probleem is, de wetenschap weet niet precies wat de mutatiesnelheid voor mtDNA is, als er al een meetbare koers is. Als je kijkt naar de mate van mutatie onder een hele groep organismen, zeggen, alle mensen die vandaag de dag leven -- genaamd de fylogenetische snelheid -- je zou kunnen concluderen dat mtDNA met een constante snelheid muteert. Maar als je kijkt naar een enkele familielijn binnen die grotere groep -- de stamboom tarief -- je zult hoogstwaarschijnlijk een heel andere mate van mutatie vinden.

Omdat de "mutationele klok" die door Cann en haar co-auteurs werd gebruikt in twijfel werd getrokken, ze breidden de datum voor Eva's bestaan ​​uit tot tussen de 500, 000 en 50, 000 jaar geleden.

Decennia nadat de Mitochondriale Eva-studie werd gepubliceerd, de resultaten zijn nog steeds fel bediscussieerd. Zijn we allemaal afstammelingen van een meest recente gemeenschappelijke voorouder die 200, 000 jaar geleden? Kan mtDNA ons dat zelfs precies vertellen? Deze vragen blijven onbeantwoord en vormen het toekomstige werk van evolutionaire genetici. Maar de studie uit 1987 was baanbrekend genoeg om de manier waarop we over onszelf als mensen denken te veranderen. Het wees erop dat ergens in de geschiedenis, we zijn allemaal verwant.

Voor meer informatie over evolutie en aanverwante onderwerpen, zie de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe vrouwen werken
  • Hoe genealogie werkt
  • Hoe DNA werkt
  • Hoe cellen werken
  • Hoe evolutie werkt
  • Hoe menselijke migratie werkt
  • Hoe bevolking werkt
  • Geschiedenis van Afrika
  • Geschiedenis van Azië
  • Noord-Amerikaanse geschiedenis
  • Geschiedenis van Europa
  • Geschiedenis van Australië

Meer geweldige links

  • Super coole verkenning van mitochondriën
  • Voorouders traceren op PBS.org
  • Berkeley's begrip van evolutie

bronnen

  • Kan, Rebekka. "Mitochondriaal DNA en menselijke evolutie." Uit "Oorsprong van het menselijk brein, "Changeaux, Jean-Pierre en Chavaillon, Jean, red. Oxford Universiteit krant. 1995. http://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=MraefpqCe18C &oi=fnd&pg=PA127&dq=%22CANN%22+%22Mitochondria!+ DNA+and+human+evolution%22+&ots=wdohDt1thr&sig=UQ K5Jq6X5R9aO8rcu9nCCgtPfsc#PPA128, M1
  • Kan, Rebecca L., et al. "Mitochondriaal DNA en menselijke evolutie." Natuur. Januari 1987. http://www.nature.com/nature/ancestor/pdf/325031.pdf
  • kinderen, Gwen V. PhD. "Mitochondria:architectuur dicteert functie." Medische afdeling van de Universiteit van Texas. 5 december 2003. http://cellbio.utmb.edu /cellbio/mitoch1.htm
  • Groleau, Rik. "Voorouders opsporen via mtDNA." PBS. Januari 2002. http://www.pbs.org/wgbh/nova/neanderthals/mtdna.html#
  • Pakendorf, Brigitte en Stoneking, Markering. "Mitochondriaal DNA en menselijke evolutie." Jaaroverzicht van genomica en menselijke genetica. 2005. http://www.eva.mpg.de/genetics/pdf/mtDNA_review.pdf
  • Witte Huis, Dr. David. "Mensen kwamen 'dicht bij uitsterven'." BBC. 8 september 1998. http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/166869.stm
  • "Mitochondriën." Staatsuniversiteit van Florida. 13 december 2004. http://micro.magnet.fsu.edu/cells/mitochondria/mitochondria.html
  • "Mitochondriale Eva:Notes." Universiteit van Noord-Carolina. http://syllabus.med.unc.edu/yr4/gen/medhist/publish/mitochnotes.htm
  • "Wat is mitochondriaal DNA?" Nationale bibliotheek van geneeskunde. 7 januari 2008. http://ghr.nlm.nih.gov/handbook/basics/mtdna

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe werkt een automatische DNA-sequencer?
  2. Hoe een celmodel te maken met Playdough
  3. Soorten genetische kruisen
  4. De rol van de longen
  5. Onderzoekstopics in Biotechnology
  6. Ontdekt? Nieuw maar uitgestorven menselijk familielid uit Melanesië
  7. Gaan roodharigen uitsterven?
  8. Overeenkomsten van mitose en meiose
  9. Hoe zijn cellen, weefsels en organen verwant?

Wetenschap