Svante Pääbo: L'uomo di Neanderthal nel nostro DNA

Vi vorrei parlare di ciò che possiamo apprendere dallo studio del genoma di uomini di oggi e di esseri umani estinti. Ma prima vi vorrei ricordare brevemente quello che già sapete: che i genomi, il nostro materiale genetico, si trovano in quasi tutte le cellule del corpo, nei cromosomi, sotto forma di DNA, la famosa molecola a doppia elica. Le informazioni genetiche sono contenute nella sequenza di quattro basi abbreviate con le lettere A, T, C, e G. Le informazioni sono presenti due volte --- in ognuno dei filamenti --- e questo è importante, perché quando si formano nuove cellule i filamenti si separano, e si sintetizzano nuovi filamenti sulla base del vecchio modello, con un processo quasi perfetto.

Ma, ovviamente, nulla in natura è del tutto perfetto, quindi talvolta capita un errore e viene inserita una lettera sbagliata. Possiamo vedere il risultato di queste mutazioni anche se confrontiamo le sequenze di DNA di quelli che si trovano in sala, ad esempio. Se confronto il mio genoma con il vostro vedremo che c'è una variazione ogni 1200-1300 lettere. Queste mutazioni si accumulano grosso modo come funzione del tempo. Nella sequenza di uno scimpanzé saranno in numero maggiore. Circa una lettera ogni 100, per gli scimpanzé.

Se poi vi interessa la storia di un frammento di DNA, o dell'intero genoma, sarete in grado di ricostruire la storia del DNA in base alle variazioni riscontrate. Di solito rappresentiamo la storia del DNA usando grafici come questo. Qui la struttura è molto semplice. Le due sequenze di DNA umano derivano da un recente antenato comune. E ancora prima c'è un progenitore in comune con gli scimpanzé. Dato che queste mutazioni avvengono grosso modo come funzione del tempo, si possono convertire le differenze in tempi stimati, e dunque si ritiene che i due tipi umani abbiano avuto un antenato comune circa mezzo milione di anni fa; in comune con gli scimpanzé, invece, circa cinque milioni di anni or sono.

In questi ultimi anni si sono sviluppate tecnologie di conteggio che consentono di verificare moltissimi frammenti di DNA in tempi rapidissimi. Oggi, nel giro di poche ore, possiamo mappare un intero genoma umano. In ognuno di noi coesistono due genomi: quello materno e quello paterno. La loro lunghezza è di circa 3 miliardi di lettere. E si vedrà che nei miei genomi, o in quello dei due che useremo, ci sono circa 3 milioni di variazioni. Magari mi potreste dire: "Come sono distribuite queste differenze genetiche nel mondo?". E allora vedreste una certa quantità di variazioni genetiche in Africa. E al di fuori dell'Africa vedreste una minore variazione genetica. Questo è sorprendente, certo, perché in Africa vivono dalle 6 alle 8 volte meno persone che nel resto del mondo. Eppure in Africa c'è più varietà genetica.

Inoltre quasi tutte le varianti genetiche al di fuori dell'Africa hanno sequenze di DNA strettamente correlate a quelle africane. Ma in Africa c'è una componente della variazione genetica che non ha parentele strette al di fuori. Una spiegazione possibile è che una parte della variante africana, ma non tutta, abbia colonizzato il resto del mondo. E usando i sistemi di datazione delle variazioni genetiche possiamo dire che l'uomo moderno - un essere umano esattamente identico a noi - si è sviluppato in Africa in tempi recenti, tra i 100 e i 200.000 anni fa. Più tardi, tra i 100 e i 50.000 anni or sono, si è spostato dall'Africa per colonizzare il mondo.

Per cui spesso mi piace dire che, dalla prospettiva del genoma, siamo tutti africani. O viviamo ancora in Africa, oppure l'abbiamo lasciata in un recente esilio. Un'altra conseguenza della recente origine degli umani moderni è che le varianti genetiche sono di solito ampiamente sparse nel mondo, in molti luoghi, e tendono a variare come gradienti, almeno come vista d'insieme. E dato che esistono così tante varianti e che hanno diversi gradienti, vuol dire che se determiniamo una sequenza di DNA - il genoma di un individuo - possiamo stabilire con sufficiente precisione il suo luogo di provenienza, sempre che i suoi genitori o i nonni non siano andati troppo in giro.

Ma allora ciò vuole anche dire, come pensano molte persone, che ci sono grandi differenze genetiche tra gruppi di persone - anche in continenti diversi, ad esempio? Beh, possiamo iniziare a rispondere anche a questo. Ad esempio c'è un progetto, attualmente in corso, per sequenziare mille persone - il loro genoma - in diverse parti del mondo. Hanno eseguito la sequenza di 185 africani provenienti da due popolazioni. E hanno portato a termine quella di un egual numero di persone in Europa e in Cina. E possiamo già osservare il grado di differenziazione, quante lettere variano in almeno una delle sequenze individuali. Sono tante: 38 milioni di posizioni variabili.

Ma ci potremmo chiedere: esistono differenze assolute tra africani e non-africani? Forse molti di noi pensano che ci sia una grandissima differenza. E una differenza assoluta - cioè una differenza per cui tutti gli individui che vivono in Africa, il 100 %, hanno una lettera in una certa posizione, mentre quelli al di fuori dell'Africa ne hanno un'altra. La risposta è che, tra i milioni di differenze, non esiste una posizione simile. Potrebbe stupirvi. Forse una classificazione individuale non è corretta. Allora potremmo adottare criteri più flessibili e dire: quante posizioni troviamo, in cui il 95 % degli africani ha una variante, e un altro 95 % un'altra variante, e risulta che il totale è 12.

Questo è davvero sorprendente. Significa che quando vediamo delle persone, una dell'Africa e una di Europa, o Asia, non possiamo predire, per una singola posizione nel genoma, con l'accuratezza del 100% cosa troveremmo per quella persona. Solo per 12 posizioni forse potremmo azzeccarne il 95%. Ed è sorprendente, perché naturalmente potremmo osservare queste persone e sapere con relativa sicurezza da dove provengono i loro antenati. Ciò vuol dire che quei tratti che osserviamo che sono più evidenti - i tratti del viso, colore della pelle, capelli - non sono determinati da singoli geni che fanno la differenza, ma da molte varianti genetiche diverse che sembrano variare di frequenza, a seconda del luogo di provenienza.

Credo ci sia un'altra cosa in quei tratti che scorgiamo così facilmente negli altri, che penso occorra considerare, ed è il fatto che, in senso letterale, si trovano sulla superficie del corpo. Sono quello di cui parlavo - tratti del volto, struttura dei capelli, colore della pelle. Ci sono altre caratteristiche che variano da un continente all'altro, ad esempio il modo di metabolizzare il cibo che ingeriamo, o quello in cui il nostro sistema immunitario reagisce ai microbi che invadono il nostro corpo. Sono tutte parti dell'organismo che servono a interagire direttamente con l'ambiente, diciamo in in confronto diretto. E' facile immaginare come quelle parti del corpo in particolare siano state oggetto di veloce selezione da parte dell'ambiente e abbiano cambiato la frequenza dei geni interessati. Ma se guardiamo ad altre parti del corpo che non interagiscono direttamente con l'ambiente - reni, fegato, cuore - non c'è modo di sapere, osservando unicamente questi organi, da dove provengano quegli individui.

Dunque c'è un'altra cosa interessante che emerge dalla considerazione del fatto che gli umani hanno una comune recente origine africana, e cioè che quando sono apparsi quegli umani, circa 100.000 anni fa, non erano gli unici sul pianeta. Esistevano altre tipologie di uomo, tra cui, il più famoso, l'uomo di Neanderthal - questi tipi umani robusti, qui sulla sinistra accanto a uno scheletro umano moderno - che abitavano in Europa e in Asia Occidentale da diverse centinaia di migliaia di anni. Sarebbe interessante sapere cosa accadde quando si incontrarono. Che successe all'uomo di Neanderthal?

Per dare una risposta a tali quesiti il mio gruppo di ricerca - ormai da 25 anni - lavora su sistemi di estrazione del DNA da fossili di Neanderthal e di animali estinti vecchi di decine di migliaia di anni. Ciò comporta molti problemi tecnici su come estrarre il DNA e trasformarlo in un formato sequenziabile. Occorre fare molta attenzione ad evitare contaminazioni, durante gli esperimenti, con il proprio DNA. Ed infine, facendo uso anche di questi metodi di sequenziazione veloce di molte molecole di DNA, siamo riusciti, lo scorso anno, a presentare la prima versione del genoma del Neanderthal, cosicché tutti voi potete andare su internet e dare un'occhiata a questo genoma, o almeno a quel 55 % che abbiamo ricostruito finora. E potete già confrontarlo col genoma di persone viventi.

Forse la domanda che vi verrebbe da fare è: "Che è successo quando ci siamo incontrati? Ci siamo incrociati oppure no?" Per rispondere alla domanda bisogna osservare il Neanderthal dell'Europa Meridionale e confrontarne il genoma con gli uomini di oggi. E poi fare lo stesso con coppie di individui, iniziando con gli Africani, confrontando i loro genomi e identificandone le differenze, e chiedersi in ambedue i casi: com'è fatto un Neanderthal? A quale dei due Africani assomiglia di più? Non ci aspetteremmo differenze, perché i Neanderthal non hanno mai vissuto in Africa. Dovrebbero essere uguali, non c'è motivo per cui ci dovrebbe essere più somiglianza con uno dei due. E infatti è proprio così. Statisticamente non c'è differenza tra africani rispetto all'eventuale somiglianza con il Neanderthal. Ma è diverso se prendiamo un europeo e un africano. In questo caso è molto più frequente che il Neanderthal somigli all'europeo che all'africano. Lo stesso se confrontiamo un cinese e un africano, il Neanderthal somiglierà più di frequente al cinese. E anche questo è sorprendente. perché i Neanderthal non hanno mai vissuto in Cina.

La nostra spiegazione è che quando gli umani moderni sono fuoriusciti dall'Africa circa 100.000 anni fa, si sono incontrati con i Neanderthal. Presumibilmente dapprima nel Medio Oriente, dove già si trovavano i Neanderthal. Se in quell'occasione cominciarono a incrociarsi, allora quegli umani moderni che divennero gli antenati di tutti i non-africani trasportavano nel proprio genoma i tratti del Neanderthal, diffondendolo nel resto del mondo. E così oggi le persone che vivono al di fuori dell'Africa hanno circa il 2,5 % di DNA neanderthaliano.

Perciò, disponendo oggi di un genoma di Neanderthal come riferimento, e con le tecnologie di analisi dei fossili e di estrazione del DNA, possiamo applicare il modello ad altre parti del mondo. Il primo posto in cui siamo andati è la Siberia Meridionale, nei Monti Altaj, in un luogo chiamato Denisova, in una caverna in cui, nel 2008, gli archeologi hanno trovato un ossicino - questa è una copia - che hanno capito essere l'ultima falange del mignolo di un umano. Era in buono stato di conservazione e siamo così riusciti a determinare il suo DNA anche meglio di quello del Neanderthal, e l'abbiamo messo a confronto con il genoma del Neanderthal e dell'uomo odierno. Abbiamo scoperto che questo individuo aveva sequenze di DNA in comune con i Neanderthal circa 640.000 anni fa. Arrivando a 800.000 anni or sono, si ha un'origine comune con gli umani di oggi.

Dunque questo individuo proviene da una popolazione che condivide l'origine con i Neanderthal, ma molto tempo fa, e poi ha una lunga storia indipendente. Abbiamo chiamato questo gruppo di umani, a cui siamo risaliti per la prima volta attraverso questo ossicino, i Denisovani, dal nome del luogo del ritrovamento. E poi potremmo farci, anche per loro, le stesse domande fatte per i Neanderthal: si mescolarono con gli antenati dell'uomo odierno? Se ci poniamo la domanda, e confrontiamo il genoma Denisoviano con quello di altre parti del mondo, inaspettatamente scopriamo che non c'è alcuna traccia di DNA Denisoviano nemmeno nella gente che vive vicino alla Siberia odierna. Ma lo troviamo nella Papua Nuova Guinea e in altre isole della Melanesia e del Pacifico. Probabilmente, ciò significa che i Denisoviani erano più diffusi in passato, dato che non crediamo che gli antenati dei Melanesiani abbiano mai vissuto in Siberia.

Perciò dallo studio dei genomi di esseri umani estinti, stiamo iniziando ad avere un'idea di come fosse il mondo quando gli uomini moderni cominciarono a lasciare l'Africa. In Occidente c'erano i Neanderthal; in Oriente c'erano i Denisoviani - e forse anche altre forme di umani che non abbiamo ancora scoperto. Non è facile identificare i confini tra queste due popolazioni, ma sappiamo che nella Siberia Meridionale vissero sia i Neanderthal che i Denisovsiani, almeno in qualche periodo del passato. Gli uomini moderni provengono da qualche zona dell'Africa, probabilmente dall'area centro-orientale. Hanno incontrato i Neanderthal, vi si sono uniti, hanno continuato a diffondersi nel mondo, e in qualche luogo dell'Asia sud-orientale hanno incontrato i Denisoviani e si sono uniti a loro, poi sono andati verso il Pacifico. Infine, queste precedenti forme umane scomparvero, ma continuano a vivere ancora un po' in qualcuno di noi - tanto che i non-africani conservano il 2,5 % di DNA dei Neanderthal, e i Melanesiani anche un 5 % circa dei Denisoviani.

Questo vuol forse dire che, dopo tutto, ci sono delle differenze assolute tra africani e non-africani, dato che i non-africani mantengono nel genoma vecchi tratti dei tipi umani estinti, mentre gli africani non ne hanno? Beh, non credo che sia così. Presumibilmente gli umani moderni provengono da un luogo dell'Africa. Certo si sono diffusi anche altrove in Africa, dove ci saranno state altre forme umane precedenti. E dato che ci siamo mescolati altrove, sono sicuro che un giorno, quando forse avremo un genoma anche di tipi umani africani più antichi, scopriremo che anche loro si sono mescolati con i primi uomini moderni in Africa.

Riassumendo, cosa abbiamo imparato dallo studio dei genomi degli esseri umani di oggi e degli esseri umani estinti? Abbiamo appreso molte cose, ma ciò che ritengo importante menzionare è che abbiamo capito che ci siamo sempre mescolati. Ci siamo incrociati con questi precedenti tipi di umani, ovunque li abbiamo incontrati, e da allora abbiamo sempre continuato a farlo.

Grazie per la vostra attenzione.

(Applausi)