Vooruitgang in het bestuderen van oud DNA uit prehistorische overblijfselen geeft ons nieuw inzicht in het leven van onze Afrikaanse voorouders en de opkomst van de moderne mens.

Mensen delen allemaal een gemeenschappelijke Afrikaanse afkomst, waardoor de Afrikaanse geschiedenis de geschiedenis van iedereen wordt. Toch is er weinig bekend over de genetische evolutie van mensen die in het verre verleden op het continent woonden.

Dankzij de vooruitgang in de technologie voor genoomsequencing zijn wetenschappers nu in staat om het DNA van de mensen die vandaag de dag leven te vergelijken met DNA dat is geëxtraheerd uit zeer oude skeletten, wat ons een unieke momentopname geeft van het leven in Afrika van vele duizenden jaren geleden.

Op het gebied van de menselijke genetica is het verhaal van Moeder Eva bekend. Het beschrijft hoe alle levende mensen afstammen van één vrouw die 200.000 tot 300.000 jaar geleden in Afrika leefde.

Bewijs komt uit studies van mitochondriaal DNA (mtDNA) - een segment van genetisch materiaal dat in de menselijke cel wordt gevonden. Het maakt onder andere de studie van verwantschap in populaties mogelijk. Omdat alleen moeders het doorgeven, onthult het de directe evolutionaire lijn tussen een persoon die vandaag leeft en hun meest verre vrouwelijke voorouder.

Mitochondriale Eva

Maar zoals de meeste eenvoudige verhalen, is het verhaal van mitochondriale Eva niet helemaal juist of volledig. Hoewel wetenschappers het erover eens zijn dat de dageraad van de mens inderdaad in Afrika plaatsvond, zou Eva een van de vele menselijke vrouwtjes zijn geweest die destijds leefden, en zij zou niet de eerste zijn geweest.

Helaas is de realiteit dat mtDNA ons beperkt inzicht geeft in de tijdlijnen, of de patronen, van de verspreiding en verspreiding van de bevolking.

Moleculair bioloog Dr. Mateja Hajdinjak legt de betekenis van deze kennislacune uit. "De geschiedenis van de Afrikaanse bevolking heeft de wereld gevormd waarin we allemaal leven, dus totdat we de gebeurtenissen uit het verleden van Afrika, duizenden jaren terug in de tijd, kunnen reconstrueren, kunnen we niet volledig begrijpen hoe de moderne mens is ontstaan."

Dr. Hajdinjak is de postdoctorale onderzoeker van het ORIGIN-project, een onderzoeksinitiatief van het Francis Crick Institute in Londen, VK, dat DNA analyseert van menselijke resten die zijn gevonden op archeologische vindplaatsen in Afrika.

Het doel van ORIGIN is om de Afrikaanse prehistorie te reconstrueren met behulp van oude DNA-analyse.

De informatie die uit deze DNA-monsters wordt verkregen, wordt bestudeerd naast de bevindingen van de archeologen, paleontologen en museumconservatoren van het project.

DNA-extracten

Dr. Hajdinjak behoort tot een groeiend aantal onderzoekers dat hard werkt om de historische leemtes op te vullen door verder te gaan dan de analyse van mtDNA en de nieuwste technieken te gebruiken in de sequentiebepaling van het hele genoom. Hierdoor kunnen onderzoekers het DNA van de mensen die nu leven, vergelijken met DNA dat is geëxtraheerd uit zeer oude skeletten.

"Een van onze fundamentele vragen is:hoe kunnen we oud DNA gebruiken om eerdere bevolkingsmigraties binnen Afrika en tussen Afrika en andere delen van de wereld te reconstrueren?" zei dr. Hajdinjak.

Ze voegt eraan toe dat er weinig bekend is over het vroegere genomische landschap in Afrika, aangezien veel van de genetische veranderingen op het continent plaatsvonden toen sommige groepen tussen 3.000 en 7.000 jaar geleden overgingen van hun jager-verzamelaars manier van leven om landbouwers te worden.

"Door eerdere genomen te vergelijken, kunnen we zien hoe verschillende menselijke groepen met elkaar verbonden zijn en hoe migraties op verschillende tijdstippen in de geschiedenis plaatsvonden. Door migraties kunnen mensen zich mengen en reproduceren met nieuwe groepen, wat de menselijke biologie in de loop van de tijd verandert."

Dankzij moderne sequencing-technieken is er al veel bekend over de oude Europese geschiedenis, maar het oude DNA-onderzoek van Afrikaanse monsters is achtergebleven. De reden hiervoor is dat DNA na verloop van tijd afbreekt, vooral in de warme en vochtige klimaten die in Afrika heersen.

Genoomverrijking

Dankzij geavanceerde hulpmiddelen voor genoomverrijking waarmee DNA uit de kleinste fragmenten van bot of tanden kan worden geëxtraheerd en vervolgens kan worden geamplificeerd, beginnen wetenschappers goede vorderingen te maken met het sequencen van oud DNA uit Afrika.

Door de gegevens op deze manier te bestuderen, beginnen de onderzoekers gebeurtenissen uit het verre verleden te reconstrueren en de relaties te onderzoeken die zijn ontstaan ​​tussen verschillende Afrikaanse populaties.

Het doel van ORIGIN is niet alleen om onze natuurlijke nieuwsgierigheid naar waar we vandaan komen te bevredigen, maar ook om de tijdlijn van onze genetische evolutie te ontrafelen en deze informatie te gebruiken om te voorspellen hoe we in de toekomst kunnen evolueren.

Sommige genetische mutaties zullen onmiddellijk gunstig zijn geweest voor onze Afrikaanse voorouders en zullen tot op de dag van vandaag door de genenpool blijven bestaan, duizenden jaren nadat ze voor het eerst zijn ontstaan. Een belangrijk voorbeeld is lactasepersistentie - het vermogen om melk te verteren tot in de volwassenheid.

Melk en melkproducten zijn een waardevolle energiebron, maar de standaard voorouderlijke staat is lactose-intolerantie. Voor volwassenen die in vroege Afrikaanse boerengemeenschappen leven, kan het vermogen om melk van hun kuddes om te zetten in glucose hen een evolutionair voordeel hebben gegeven ten opzichte van hun lactose-intolerante buren.

Sikkelcelmutatie

Een andere genetische variant die de overleving van de mens zou hebben vergroot toen deze voor het eerst opdook, is de sikkelcelmutatie. Deze genetische variant geeft een zekere mate van bescherming tegen malaria.

De mutatie is echter een tweesnijdend zwaard, omdat het ook verantwoordelijk is voor sikkelcelziekte - een ernstige en levenslange aandoening die tot op de dag van vandaag in delen van Afrika voorkomt.

"Het zou heel belangrijk zijn om te reconstrueren hoe sikkelcelmutaties voor het eerst verschenen en zich verspreidden", zegt Dr. Pontus Skoglund, supervisor van het ORIGIN-project.

"Door te begrijpen wanneer mutaties plaatsvonden en hoe ze zich verspreidden, kunnen we beter begrijpen hoe mensen reageren op evolutionaire uitdagingen", zei Skoglund.

Genetische vermenging

Onderzoekers die betrokken zijn bij het door de EU gesteunde AfricanNeo-project zijn vooral geïntrigeerd door vroege landbouwpraktijken in Afrika. Ze vergelijken monsters van oud DNA met hedendaags DNA om hun begrip van wanneer Afrikaanse populaties over hun continent begonnen te migreren, te verfijnen.

Deze migraties hadden een enorme impact op de genetische vermenging van groepen, maar de onderzoekers ontdekken dat deze "uitbreiding" een complexe reeks gebeurtenissen was die niet kunnen worden ingekapseld in een netjes mitochondriaal Eve-achtig verhaal.

"De expansie was niet uniform over het hele continent", zegt universitair hoofddocent Carina Schlebusch. Ze is een evolutiebioloog aan de Universiteit van Uppsala in Zweden en hoofdonderzoeker van het project.

"Sommige groepen jager-verzamelaars werden vervangen door boeren," zei ze, verwijzend naar de kans dat er een conflict zou zijn ontstaan ​​tussen populaties die hetzelfde land wilden bezetten, en dat boeren een concurrentievoordeel zouden hebben gehad op jager-verzamelaars. "Andere groepen hadden interactie en wisselden genen uit, en anderen bleven nog veel langer geïsoleerd dan je zou verwachten."

Volgens Dr. Schlebusch is het duidelijk waarom we ons allemaal druk moeten maken om deze complexe gebeurtenissen uit het verre verleden van Afrika.

"De geschiedenis heeft de neiging zich te herhalen", zegt ze. "Deze migratiegebeurtenissen uit het verleden kunnen heel goed een rol spelen in hoe we ons in onze toekomst gedragen. Klimaatverandering betekent bijvoorbeeld dat er waarschijnlijk meer druk komt op mensen die gedwongen worden hun huizen te verlaten. Er is een kans dat er meer conflicten zullen zijn tussen bevolkingsgroepen en dat sommige minderheidsgroepen zullen worden vervangen."

"Hoe meer we leren over onze geschiedenis," zei ze, "hoe meer we kunnen voorspellen hoe dingen in de toekomst zullen werken." + Verder verkennen

We analyseren DNA van oude en moderne mensen om een ​​'stamboom van iedereen' te maken