Gedurende het grootste deel van onze evolutionaire geschiedenis - voor het grootste deel van de tijd dat anatomisch moderne mensen op aarde zijn geweest - hebben we de planeet gedeeld met andere soorten mensen. Het is pas in de laatste 30, 000 jaar, het louter knipperen van een evolutionair oog, dat moderne mensen de planeet hebben bezet als de enige vertegenwoordiger van de mensachtige lijn.

Maar we dragen bewijs van deze andere soorten met ons mee. Op de loer in ons genoom zijn sporen van genetisch materiaal van een verscheidenheid aan oude mensen die niet meer bestaan. Deze sporen onthullen een lange geschiedenis van vermenging, zoals onze directe voorouders archaïsche mensen tegenkwamen en ermee gepaard gingen. Omdat we steeds complexere technologieën gebruiken om deze genetische verbindingen te bestuderen, we leren niet alleen over deze uitgestorven mensen, maar ook over het grotere geheel van hoe we als soort zijn geëvolueerd.

Jozua Akey, een professor in het Lewis-Sigler Institute for Integrative Genomics, loopt voorop in de inspanningen om dit grotere geheel te begrijpen. Hij noemt zijn onderzoeksmethode genetische archeologie, en het verandert de manier waarop we leren over ons verleden. "We kunnen verschillende soorten mensen opgraven, niet uit vuil en fossielen, maar rechtstreeks uit DNA, " hij zei.

Door zijn expertise in biologie en darwinistische evolutie te combineren met computationele en statistische methoden, Akey bestudeert de genetische verbindingen tussen de moderne mens en twee soorten uitgestorven mensachtigen:Neanderthalers, de klassieke "grotmannen" van paleoantropologie; en denisovamensen, een recent ontdekte archaïsche mens. Akey's onderzoek onthult een complexe geschiedenis van de vermenging van vroege mensen, indicatief voor meerdere millennia van bevolkingsbewegingen over de hele wereld.

"Er is vaak een kloof tussen de onderzoekers die exotische monsters verzamelen en de onderzoekers die echt creatieve theorie en data-analyse doen, en hij heeft beide gedaan, " zei Kelley Harris, een voormalige collega van Akey die nu een assistent-professor genoomwetenschappen is aan de Universiteit van Washington.

Zoals velen van ons, Akey is al lang geïnteresseerd in hoe de menselijke soort evolueerde. "Mensen willen meer te weten komen over hun verleden, "zei hij. "Maar zelfs meer dan dat, we willen weten wat het betekent om mens te zijn."

Deze nieuwsgierigheid volgde Akey tijdens zijn hele opleiding. Tijdens zijn afstudeerwerk aan het University of Texas Health Science Center in Houston, eind jaren negentig, hij keek naar hoe hedendaagse mensen in verschillende delen van de wereld genetisch met elkaar verwant waren, en gebruikte vroege gensequencing-methoden om te proberen deze relaties te begrijpen.

Gensequencers zijn apparaten die de volgorde van de vier chemische basen (A, T, C en G) die het DNA-molecuul vormen. Door de volgorde van deze basen te bepalen, analisten kunnen de genetische informatie identificeren die in een DNA-streng is gecodeerd.

Sinds de jaren 1990, echter, gensequencing-technologie is enorm gevorderd. Een nieuwe technologie die bekend staat als next-generation sequencing werd rond 2010 in gebruik genomen en stelde onderzoekers in staat een zeer groot aantal genetische sequenties in het menselijk genoom te bestuderen. Het duurde 10 jaar om het eerste menselijke genoom te sequensen, maar deze nieuwe machines krijgen in slechts enkele uren volledige genoomsequentiegegevens van duizenden individuen. "Toen de sequentietechnologie van de volgende generatie de dominante kracht in de genetica begon te worden, "Akey zei, "dat heeft het hele veld volledig veranderd. Het is moeilijk te overschatten hoe dramatisch deze technologie is geweest."

De omvang van de gegevens die nu kunnen worden geanalyseerd, heeft onderzoekers in staat gesteld een hele reeks nieuwe vragen te beantwoorden die met de vorige technologie niet mogelijk zouden zijn geweest.

One of these questions is the relationship between modern humans and archaic humans, such as Neanderthals. In feite, this question fostered a vigorous debate about whether modern humans carried genes from Neanderthals. Voor vele jaren, the opinions of researchers—both pro and con—ticked back and forth like a metronome.

Geleidelijk, echter, a few researchers—including geneticists Svante Pääbo of the Max Planck Institute in Germany and his colleague Richard (Ed) Green of the University of California-Santa Cruz—began to demonstrate strong evidence that, inderdaad, there had been gene flow from Neanderthals to modern humans. In a 2010 paper, these researchers estimated that people of non-African ancestry had about 2% Neanderthal ancestry.

Neanderthals lived in a wide geographical swath across Europe, the Near East and Central Asia before dying out around 30, 000 jaar geleden. They lived alongside anatomically modern humans, who evolved in Africa some 200, 000 jaar geleden. The archaeological record shows that Neanderthals were adept at making stone tools and developed a number of physical traits that uniquely adapted them to cold, dark climates, such as broad noses, thick body hair and large eyes.

Following on the heels of Pääbo and Green's Neanderthal research, Akey and a colleague, Benjamin Vernot, published a paper in Science looking at recovering Neanderthal sequences from the genome of modern humans. Geneticist David Reich of Harvard University published a similar paper in Nature, en, together, the two papers provided the first data employing the modern genome to investigate our link with Neanderthals.

Using the genetic variation in contemporary populations to learn about things that happened in the past involves scrutinizing the modern human genome for gene sequences that display traits expected to have been inherited from a different type of human. Akey and his colleagues then take those sequences and compare them to the Neanderthal genome, looking for a match.

Using this technique, Akey has been able to uncover a rich human legacy of genetic interconnections on a scale previously unconceived. As stated, while the available evidence suggests that non-Africans carry about 2% of Neanderthal genes, Africans, who were once believed not to have any connections with Neanderthals, actually have approximately 0.5% Neanderthal genes. Researchers have further discovered that the Neanderthal genome has contributed to several diseases seen in modern human populations, such as diabetes, arthritis and celiac disease. By the same token, some genes inherited from Neanderthals have proven beneficial or neutral, such as genes for hair and skin color, sleep patterns and even mood.

Akey has also discovered genetic fingerprints that suggest our human ancestry contains species about which we know nothing or very little. The Denisovans are a case in point. An archaic form of human, they coexisted with anatomically modern humans and Neanderthals and interbred with both before going extinct. The first evidence of their existence came in 2008 when a finger bone was discovered in Denisova Cave in the remote Altai Mountains of southern Siberia. At first the bone was assumed to be Neanderthal because the cave contained evidence of these species. Bijgevolg, it sat in a museum drawer in Leipzig, Duitsland, for many years before it was analyzed. But when it was, the researchers were dumbfounded. It wasn't a Neanderthal—it was a hitherto unknown type of ancient human. "The Denisovans are the first species ever identified directly from their DNA and not from fossil data, " Akey said.

Since that time, continued genetic work—much of it conducted by Akey and his colleagues—has established that the closest living relatives of Denisovans are modern Melanesians, the inhabitants of the Melanesian islands of the western Pacific—places such as New Guinea, Vanuatu, the Solomon Islands and Fiji. These populations carry between 4% and 6% of Denisovan genes, though they also carry Neanderthal genes.

Examples like this highlight one of the main features of our human lineage, Akey said, that admixture has been a defining feature of our history. "Throughout human history there's always been admixture, " Akey said. "Populations split and they come back together."

While there remains a lot of debate about the Denisovans, Akey believes they most likely were closely related to Neanderthals, perhaps an eastern version who split off from the latter sometime around 300, 000 or 400, 000 jaar geleden. Onlangs, genetic analysis of fossils from Denisova Cave has uncovered evidence of an offspring between a Neanderthal woman and a Denisovan male. The offspring was a female who lived approximately 90, 000 jaar geleden. By looking at this genetic trail, Akey and other researchers have been able to piece together a fascinating story of human evolution—one that is promising to rewrite our understanding of early human origins.

But there's so much more to discover, Akey said. "Even though we have sequenced probably 100, 000 genomes already, and we have pretty sophisticated tools for looking at that variation, the more we think about how to interpret genetic variation, the more we find these hidden stories in our DNA, " hij zei.