Svante Pääbo: Indicii ADN către neanderthalianul din noi

Doresc să vă vorbesc despre ce putem învăța din studiul genomilor oamenilor în viață și ai oamenilor dispăruți. Dar înainte, doresc să vă reamintesc pe scurt ceva ce știți deja: anume că genomul nostru, materialul nostru genetic, e stocat în aproape toate celulele din corpurile noastre în cromozomi, sub formă de ADN, faimoasa moleculă dublu-spiralată. Informația genetică e conținută sub forma unei secvențe formată din patru baze abreviate cu literele A, T, C și G. Și informația se află acolo de două ori -- o dată pe fiecare lanț -- ceea ce este important, deoarece când se formează celule noi, aceste lanțuri se desprind, noi lanțuri sunt sintetizate după modelul celor vechi într-un proces aproape perfect.

Dar nimic, desigur, în natură nu e total perfect, și câteodată o eroare se produce și o literă greșită e adăugată. Putem vedea rezultatul unor astfel de mutații când comparăm secvențele ADN printre noi cei din încăpere, de exemplu. Comparând genomul meu cu al dvs., aprox. 1200-1300 litere vor fi diferite între noi. Și aceste mutații se acumulează proporțional cu trecerea timpului. Dacă ne comparăm cu un cimpanzeu vom vedea și mai multe diferențe. Aproximativ o literă dintr-o sută va fi diferită față de un cimpanzeu.

Și dacă sunteți interesați de istoria unei porțiuni de ADN, sau a întregului genom, puteți reconstrui istoria ADN-ului cu acele diferențe pe care le observați. În general reprezentăm ideile noastre despre această istorie sub forma unor arbori ca acesta. În acest caz, e foarte simplu. Cele două secvențe ADN merg înapoi până la un strămoş comun destul de recent. Mai în urmă există un strămoș comun cu cimpanzeii. Şi pentru că aceste mutaţii apar proporțional cu trecerea timpului, putem transforma aceste diferențe în estimări ale momentului în timp, când doi oameni, estimativ, au avut un strămoș comun acum 1 milion de ani; iar cu cimpanzeii, va fi de ordinul a 5 milioane de ani în urmă.

În ultimii ani au apărut noi tehnologii de evaluare care permit analiza multor, multor segmente AND foarte rapid. Putem în prezent, în câteva ore, determina un întreg genom uman. Fiecare din noi, desigur, integrăm doi genomi umani -- unul de la mamă și altul de la tată. Fiecare genom e cam de 3 miliarde de litere. Vom vedea că cei doi genomi din mine, sau cel pe care vrem să-l folosim, va avea diferențe de ordinul a trei milioane. Puteți și dvs. să începeți să întrebați: „Cum sunt aceste diferențe genetice distribuite în populație?” Și dacă faceți acest lucru, veți găsi un anumit procent de variație genetică în Africa. Iar dacă priviți în afara Africii, veți găsi mai puțină variație genetică. E surprinzător, bineînțeles, pentru că de la 6 până la 8 ori mai puțini oameni trăiesc în Africa decât în afara Africii. Și totuși oamenii din Africa au mai multă variație genetică.

Mai mult, aproape toate variantele genetice pe care le vedem în afara Africii au secvențe ADN strâns înrudite cu cele ce se găsesc în Africa. Dar dacă vă uitați în interiorul Africii, există o componentă a variației genetice care nu are înrudiri apropiate în afara Africii. Așadar modelul de a explica datele arată că o parte din variația africană, nu toată, a plecat și a colonizat restul lumii. Împreună cu metodele de a data aceste diferențe genetice, asta a dus la înțelegerea că oamenii moderni -- oameni care practic sunt la fel ca mine și ca dvs. -- au evoluat în Africa destul de recent între 100 și 200 mii de ani în urmă. Iar mai târziu, între 100.000 și 50.000 de ani în urmă, au ieșit din Africa pentru a coloniza restul lumii.

Îmi place să spun adesea că dintr-o perspectivă genomică, suntem cu toții africani. Ori locuim în Africa astăzi, ori într-un exil destul de recent. Încă o consecință a acestei origini recente a oamenilor moderni este că variantele genetice sunt în general distribuite considerabil în lume, în multe locuri, și au tendința de a se diferenția în nuanțe, cel puțin dintr-o perspectivă de ansamblu. Și întrucât există multe variante genetice, și fiecare posedă diferite astfel de nuanțe, înseamnă că dacă determinăm o secvență ADN -- un genom de la un individ -- putem estima destul de precis de unde provine acea persoană, presupunând că părinții sau bunicii nu s-au deplasat prea mult.

Dar asta înseamnă atunci, așa cum mulți au tendința să creadă, că există uriașe diferențe genetice între grupuri de oameni -- de pe diferite continente, de exemplu? Ei bine, putem începe să punem și astfel de întrebări. Există, de exemplu, un proiect în derulare de a secvenționa o mie de persoane -- genomii lor -- din diferite părți ale lumii. Au secvenționat 185 de africani din două populații din Africa. Au secvenționat un număr aprox. egal de oameni în Europa și în China. Și putem începe să spunem câtă variație găsim, cât de multe litere variază în cel puțin unul din acele secvențe individuale. Și sunt multe: 38 milioane de poziții variabile.

Dar putem atunci întreba: Sunt oare diferențe absolute între africani și non-africani? Poate cea mai mare diferență pe care ne-am imagina-o. Și cu diferențe absolute -- și adică o diferență în care africanii, la o anumită poziție, toți indivizii -- 100% -- au o literă, iar toți din afara Africii au altă literă. Și răspunsul, printre acele milioane de diferențe, este că nu există o astfel de poziție singulară. Acest lucru poate fi surprinzător. Posibil că un singur individ nu e clasificat bine sau așa ceva. Deci putem relaxa criteriul puțin și putem spune: Câte poziții găsim acolo unde 95% din africani au o variantă, 95% altă variantă. Numărul pe care-l obținem e 12.

E foarte surprinzător. Înseamnă că atunci când ne uităm la oameni și vedem o persoană din Africa și o persoană din Europa sau Asia, nu putem, nici la o singura poziție în genom, cu 100% acuratețe, prezice ce variantă poartă persoana. Și doar pentru 12 poziții putem spera să avem 95% dreptate. Poate fi surprinzător, pentru că bineînțeles, ne putem uita la acești oameni și spune cu ușurință de unde provin ei sau strămoșii lor. Asta înseamnă în consecință că acele trăsături pe care le privim și le discernem cu ușurință -- trăsături faciale, culoarea pielii, structura părului -- nu sunt determinate de gene singulare cu efecte ample, ci de multe variante genetice diferite a căror frecvență pare să varieze între diferite părți ale lumii.

Mai e ceva legat de aceste trăsături pe care le observăm ușor unii la alții care consider merită luat în considerație, și anume, într-un sens foarte literal, sunt de fapt la suprafața corpurilor noastre. Sunt ce adineaori am menționat -- trăsături faciale, structura părului, culoarea pielii. Există de asemenea un număr de trăsături care variază între continente legate de modul în care metabolizăm mâncarea ingerată, sau legate de modul în care sistemul nostru imunitar tratează microbii care încearcă să ne invadeze corpul. Astea sunt toate părți ale organismului prin care interacționăm direct cu mediul, într-o confruntare directă, dacă doriți. E ușor de imaginat cum în special acele părți ale corpului au fost rapid influențate de selecția impusă de mediu, modificându-și frecvența genelor implicate. Dar dacă ne uităm la alte părți ale corpului unde nu există o interacțiune atât de directă cu mediul -- rinichii, ficatul, inima -- nu se poate discerne nicicum, doar privind aceste organe, de unde ar putea ele proveni.

Există încă un lucru interesant care reiese din realizarea că oamenii au o origine comună recentă în Africa. Anume, când acei oameni au apărut cu 100.000 de ani în urmă, nu erau singuri pe planetă. Existau și alte specii de umanoizi prin jur, poate cei mai celebri, neanderthalienii -- această formă robustă de umanoizi, comparat aici în stânga cu un schelet de om modern în dreapta -- care exista în Asia de Vest și în Europa de sute de mii de ani. Așadar o întrebare interesantă este, ce s-a întâmplat când ne-am întâlnit? Ce s-a întâmplat cu neanderthalienii?

Ca să începem să răspundem la astfel de întrebări, grupul meu de cercetare -- de 25 de ani -- lucrează la metode de a extrage ADN din rămășițe de neanderthalieni și de animale dispărute de zeci de mii de ani. Asta implică multe probleme tehnice în modalitatea de a extrage ADN-ul cum îl convertești într-o formă care poate fi secvenționată. Trebuie să lucrezi foarte atent pentru a evita contaminarea probelor cu ADN-ul propriu. Iar asta, împreună cu aceste metode care permit ca multe molecule ADN să fie secvențiate rapid, ne-au permis anul trecut să prezentăm prima versiune de genom Neanderthal așa că oricine poate acum să se uite pe internet la genomul Neanderthal, sau cel puțin la 55% din el, pe care l-am putut reconstrui până în acest moment. Puteți începe să-l comparați cu genomii ce aparțin oamenilor de astăzi.

Și o întrebare pe care ați vrea atunci s-o puneți este: Ce s-a întâmplat când ne-am întâlnit? Ne-am amestecat sau nu? Ca să adresăm această întrebare privim la neanderthalienii care provin din sudul Europei și îi comparăm cu genomii oamenilor contemporani. Așadar încercăm să lucrăm cu perechi de indivizi, începând cu doi africani, analizând cei doi genomi africani, găsind locuri unde există diferențe și în fiecare caz întrebăm: Cum e un om de neanderthal? Se potrivește cu cei doi genomi africani? Ne-am aștepta să nu fie nicio diferență, pentru că oamenii de Neanderthal nu au fost niciodată în Africa. Ar trebui să fie egali; nu există niciun motiv să fie mai apropiat de un genom african față de celălalt. Și chiar așa este. Statistic, nu există nicio diferență în potrivirea neanderthalianului cu unul sau altul din genomii africani. Dar e diferit dacă ne uităm la un individ european și la unul african. Atunci, mult mai frecvent, neanderthalianul se potrivește cu europeanul mai degrabă decât cu africanul. E la fel dacă privim la un individ din China versus un african, neanderthalianul se va potrivi cu chinezul mai frecvent. Asta poate fi surprinzător pentru că neanderthalii nu au fost niciodată în China.

Așadar modelul pe care îl propunem ca explicație spune că atunci când oamenii moderni au ieșit din Africa cu 100.000 de ani în urmă, ei s-au întâlnit cu neanderthalieni. De presupus că s-au îndreptat întâi spre Orientul Mijlociu unde existau neanderthalieni. Dacă s-au amestecat unii cu alții acolo, atunci acei oameni moderni, care au devenit strămoșii tuturor celor din afara Africii, au transmis această componentă neanderthaliană din genomul lor restului lumii. Așadar azi, oamenii care trăiesc în afara Africii au aprox. 2,5% din ADN de la neanderthalieni.

Având acum un genom neanderthalian la dispoziție ca punct de referință și având tehnologiile necesare de a analiza rămășițele antice și a extrage acest ADN, putem începe să le aplicăm în alte locuri în lume. Primul loc unde am făcut asta a fost sudul Siberiei în munții Altai într-un loc numit Denisova, o peșteră în acest munte, unde arheologii în 2008 au găsit o bucățică de os -- asta e o copie -- și au realizat că provine de la ultima falangă de la degetul mic al unui om. A fost destul de bine conservat încât am putut determina ADN-ul acestui individ, chiar într-o măsură mai mare decât am putut de fapt pentru neanderthalieni, și am început să-l comparăm cu genomul neanderthalian și cu oamenii de astăzi. Și am descoperit că acest individ avea o origine comună a secvențelor ADN cu neanderthalieni de acum 640.000 de ani. Și mai demult, cu 800.000 ani în urmă există o origine comună cu oamenii din ziua de azi.

Deci acest individ provine dintr-o populație care are o origine comună cu neanderthalienii, dar cu mult timp în urmă a avut o lungă istorie independentă. Numim acest grup de umanoizi, pe care atunci i-am descris pentru prima dată din această micuță bucățică de os, denisovani, după locul în care au fost descoperiți. Putem întreba despre denisovani aceleași lucruri ca despre neanderthalieni: S-au amestecat cu strămoșii oamenilor din ziua de azi? Dacă punem această întrebare, și comparăm genomul denisovan cu oamenii din jurul lumii, în mod surprinzător, nu găsim nicio urmă de ADN denisovan în niciun om ce trăiește chiar în apropierea Siberiei de azi. Dar găsim asemănare în Papua Noua Guinee și în alte insule din Melanezia și Pacific. Asta presupune că că acești denisovani erau mai răspândiți în trecut, din moment ce nu credem că strămoșii melanezienilor au fost vreodată în Siberia.

Așadar din studiul genomului acestor specii dispărute, începem să ne formăm o imagine despre cum arăta lumea pe vremea când oamenii moderni au început să iasă din Africa. În vest erau neanderthalienii; în est erau denisovanii -- poate și alte forme de umanoizi pe care încă nu le-am descoperit. Nu știm exact unde erau granițele dintre acești oameni, dar știm că în sudul Siberiei, existau și neanderthalieni și denisovani cel puțin la un moment dat în trecut. Apoi oamenii moderni au apărut undeva în Africa, au ieșit din Africa, probabil spre Orientul Mijlociu. S-au întâlnit cu neanderthalienii, s-au amestecat, au continuat să se răspândească în întreaga lume, și undeva în sud-estul Asiei, s-au întâlnit cu denisovanii și s-au amestecat cu ei și au continuat să meargă înspre Pacific. Apoi aceste forme timpurii de oameni au dispărut, dar mai trăiesc puțin și astăzi în unii dintre noi. Oamenii din afara Africii au 2,5% din ADN de la neanderthalieni, iar oamenii din Melanezia au aprox. 5% adițional de la denisovani.

Înseamnă oare că există totuși vreo diferență absolută între oamenii din afara Africii și cei din interiorul Africii, în sensul că oamenii din afara Africii poartă această componentă veche în genomul lor de la aceste forme extincte de oameni, în timp ce africanii nu? Ei bine, nu cred că așa stă situația. Presupunem că oamenii moderni au apărut undeva în Africa. S-au răspândit de-a lungul Africii, bineînțeles, dar existau și forme mai timpurii de oameni acolo. Și cum ne-am amestecat în altă parte, sunt sigur că într-o zi, atunci când vom avea poate un genom și al acestor forme mai timpurii din Africa, vom găsi că și ei s-au amestecat cu forme timpurii de oameni moderni din Africa.

Pentru a rezuma: Ce am învățat din studiul comparativ al genomului oamenilor din ziua de azi și cel al oamenilor dispăruți? Am învățat poate multe lucruri, dar un aspect pe care-l găsesc important de menționat e lecția că întotdeauna ne-am amestecat. Ne-am amestecat cu forme timpurii de oameni, oriunde i-am întâlnit, și ne-am amestecat între noi de atunci.

Vă mulțumesc pentru atenție.

(Aplauze)