Honderdduizenden jaren geleden, de voorouders van de moderne mens weken af ​​van een archaïsche afstamming die aanleiding gaf tot Neanderthalers en Denisovans. Toch blijven de evolutionaire relaties tussen deze groepen onduidelijk.

Een team onder leiding van de Universiteit van Utah ontwikkelde een nieuwe methode voor het analyseren van DNA-sequentiegegevens om de vroege geschiedenis van de archaïsche menselijke populaties te reconstrueren. Ze onthulden een evolutionair verhaal dat in tegenspraak is met de conventionele wijsheid over moderne mensen, Neanderthalers en Denisovans.

Uit de studie bleek dat de Neanderthaler-Denisovan-lijn bijna uitgestorven was nadat ze zich van de moderne mens had gescheiden. Slechts 300 generaties later, Neanderthalers en Denisovans liepen uiteen rond 744, 000 jaar geleden. Vervolgens, groeide de wereldwijde neanderthalerpopulatie tot tienduizenden individuen die in gefragmenteerde, geïsoleerde populaties verspreid over Eurazië.

"Deze hypothese is tegen de conventionele wijsheid, maar het is logischer dan de conventionele wijsheid." zei Alan Rogers, professor in de afdeling Antropologie en hoofdauteur van de studie die op 7 augustus online zal worden gepubliceerd, 2017 in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Een ander evolutionair verhaal

Met slechts beperkte monsters van fossiele fragmenten, antropologen assembleren de geschiedenis van de menselijke evolutie met behulp van genetica en statistieken.

Eerdere schattingen van de omvang van de Neanderthalerpopulatie zijn erg klein - ongeveer 1, 000 personen. Echter, een onderzoek uit 2015 toonde aan dat deze schattingen het aantal individuen ondervertegenwoordigen als de Neanderthalerpopulatie werd onderverdeeld in geïsoleerde, regionale groepen. Het Utah-team suggereert dat dit de discrepantie verklaart tussen eerdere schattingen en hun eigen veel grotere schatting van de omvang van de Neanderthaler-populatie.

"Kijkend naar de gegevens die laten zien hoe verwant alles was, het model voorspelde niet de genpatronen die we zagen, " zei Ryan Bohlender, postdoctoraal onderzoeker aan het M.D. Anderson Cancer Center aan de Universiteit van Texas, en co-auteur van de studie. "We hadden een ander model nodig en, daarom, een ander evolutionair verhaal."

Het team ontwikkelde een verbeterde statistische methode, genaamd legofit, die verantwoordelijk is voor meerdere populaties in de genenpool. Ze schatten het percentage Neanderthaler-genen dat in moderne Euraziatische populaties stroomt, de datum waarop archaïsche populaties van elkaar afweken, en hun bevolkingsomvang.

Een familiegeschiedenis in DNA

Het menselijk genoom heeft ongeveer 3,5 miljard nucleotideplaatsen. Overuren, genen op bepaalde plaatsen kunnen muteren. Als een ouder die mutatie doorgeeft aan zijn kinderen, die het doorgeven aan hun kinderen, enzovoort, die mutatie fungeert als een familiezegel dat op het DNA is gestempeld.

Wetenschappers gebruiken deze mutaties om de evolutionaire geschiedenis van honderdduizenden jaren in het verleden samen te voegen. Door te zoeken naar gedeelde genmutaties langs de nucleotideplaatsen van verschillende menselijke populaties, wetenschappers kunnen inschatten wanneer groepen uiteenliepen, en de grootte van de populaties die bijdragen aan de genenpool.

"Je probeert een vingerafdruk te vinden van deze oude mensen in andere populaties. Het is een klein percentage van het genoom, maar het is er, ' zei Rogers.

Ze vergeleken de genomen van vier menselijke populaties:moderne Indo's, moderne Afrikanen, Neanderthalers en Denisovans. De moderne monsters kwamen uit fase I van het 1000-Genomes-project en de archaïsche monsters kwamen van het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Antropologie. Het Utah-team analyseerde een paar miljoen nucleotide-sites die een genmutatie deelden in twee of drie menselijke groepen, en stelde 10 verschillende nucleotideplaatspatronen vast.

Tegen conventionele wijsheid

De nieuwe methode bevestigde eerdere schattingen dat moderne Indo's ongeveer 2 procent van het Neanderthaler-DNA delen. Echter, andere bevindingen twijfelden aan gevestigde theorieën.

Uit hun analyse bleek dat 20 procent van de nucleotide-sites een mutatie vertoonde die alleen door Neanderthalers en Denisovans werd gedeeld, een genetische tijdstempel die de tijd aangeeft voordat de archaïsche groepen uiteen gingen. Het team berekende dat Neanderthalers en Denisovans ongeveer 744 van elkaar gescheiden waren, 000 jaar geleden, veel eerder dan enige andere schatting van de splitsing.

"Als Neanderthalers en Denisovans later waren gescheiden, dan zouden er meer plaatsen moeten zijn waar de mutatie aanwezig is in de twee archaïsche monsters, maar is afwezig in moderne voorbeelden, ' zei Rogers.

De analyse vroeg zich ook af of de Neanderthaler-populatie slechts 1, 000 personen. Hier is enig bewijs voor; Neanderthaler DNA bevat mutaties die meestal voorkomen in kleine populaties met weinig genetische diversiteit.

Echter, Neanderthalerresten die op verschillende locaties zijn gevonden, verschillen genetisch van elkaar. Dit ondersteunt de bevinding van de studie dat regionale Neanderthalers waarschijnlijk kleine groepen individuen waren, wat de schadelijke mutaties verklaart, terwijl de wereldbevolking vrij groot was.

"Het idee is dat er deze kleine, geografisch geïsoleerde populaties, zoals eilanden, die soms interageren, maar het is lastig om van eiland naar eiland te gaan. Dus, ze hebben de neiging om bij hun eigen bevolking te blijven, zei Bohlender.

Uit hun analyse bleek dat de Neanderthalers uitgroeiden tot tienduizenden individuen die in gefragmenteerde, geïsoleerde populaties.

"Er is een rijk Neanderthaler fossielenbestand. Er zijn veel Neanderthalers, "zei Rogers. "Het is moeilijk voor te stellen dat het er zoveel zouden zijn als er maar 1 waren. 000 individuen in de hele wereld."

Rogers is verheugd om de nieuwe methode in andere contexten toe te passen.

"Tot op zekere hoogte, dit is een proof of concept dat de methode kan werken. Dat is spannend, " zei Rogers. "We hebben een opmerkelijk vermogen om dingen met hoge precisie in te schatten, veel verder terug in het verleden dan iemand zich heeft gerealiseerd."