Neue DNA-Analyse zeigt, dass sich alte Menschen mit Denisovans vermischt haben

Eine neue DNA-Sequenzierungsmethode mit hoher Abdeckung rekonstruiert das gesamte Genom von Denisovans - Verwandten von Neandertalern und Menschen - aus genetischen Fragmenten in einem einzigen Fingerknochen

Vor zehntausenden von Jahren kreuzen sich moderne Menschen mit der als Neandertaler bekannten Gruppe von Hominins. Die Forscher glauben nun, sie hätten auch eine andere, weniger bekannte Gruppe namens Denisovans getroffen. Die einzige Spur, die wir gefunden haben, ist jedoch ein einzelner Fingerknochen und zwei Zähne, aber diese Fragmente reichten aus, um die Denisovan-DNA über Tausende von Jahren in einer sibirischen Höhle zu wiegen. Nun konnte ein Team von Wissenschaftlern aus diesen spärlichen Fragmenten ihr gesamtes Genom rekonstruieren. Die Analyse fügt den vorherrschenden Vorstellungen über die archaische Menschheitsgeschichte neue Wendungen hinzu.

"Denisova ist eine große Überraschung", sagt John Hawks, ein biologischer Anthropologe an der University of Wisconsin-Madison, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war. Ein einfacher Fingerknochen in einer Höhle wäre für sich allein ein Mensch, ein Neandertal oder ein anderer Hominin. Als die Forscher 2010 zum ersten Mal einen kleinen Abschnitt der DNA sequenzierten - ein Abschnitt, der etwa 1,9 Prozent des Genoms abdeckte -, konnten sie feststellen, dass es sich bei der Probe um keine dieser beiden handelt. "Es war das erste Mal, dass eine neue Gruppe von verschiedenen Menschen entdeckt wurde", sagte Svante Pääbo, Forscher am Max-Planck-Institut (MPI) für evolutionäre Anthropologie in Deutschland, durch genetische Analyse und nicht durch anatomische Beschreibung, in einer Telefonkonferenz mit Reportern .

Nun haben Pääbo und seine Kollegen eine neue Methode der genetischen Analyse entwickelt, mit der sie das gesamte Denisovan-Genom rekonstruieren konnten, wobei fast das gesamte Genom etwa 30-mal sequenziert wurde, was dem heutigen Menschen entspricht. In diesem Genom haben Forscher nicht nur Hinweise auf diese Gruppe mysteriöser Hominine gefunden, sondern auch auf unsere eigene evolutionäre Vergangenheit. Denisovans scheinen anscheinend enger mit Neandertalern verwandt gewesen zu sein als mit Menschen, aber die Beweise deuten auch darauf hin, dass Denisovans und Menschen sich vermischen. Die neue Analyse schlägt auch neue Wege vor, die der frühe Mensch möglicherweise auf der ganzen Welt verbreitet hat. Die Ergebnisse wurden am 30. August online veröffentlicht Wissenschaft.

Wer waren die Denisovaner?
Leider liefert das Denisovan-Genom nicht viel mehr Anhaltspunkte darüber, wie dieses Hominin aussah, als ein kleiner Knöchel. Die Forscher werden nur zu dem Schluss kommen, dass Denisovans wahrscheinlich dunkle Haut hatten. Sie weisen auch darauf hin, dass es Allele gibt, die mit den bekannten "braunen Haaren" und "braunen Augen" übereinstimmen. Davon abgesehen können sie nicht sagen.

Die neue genetische Analyse stützt jedoch die Hypothese, dass Neandertaler und Denisovans enger miteinander verwandt waren als der moderne Mensch. Die Analyse legt nahe, dass die moderne menschliche Linie sich vor 700.000 Jahren von der vormals Denisovanischen Linie unterschied, möglicherweise aber erst vor 170.000 Jahren.

Laut Denis Pääbo und seinem Team mischten sich auch die Denisovans mit den Menschen der Antike. Obwohl das einzige fossile Exemplar in den Bergen Sibiriens gefunden wurde, scheinen zeitgenössische Menschen aus Melanesien (einer Region im Südpazifik) am wahrscheinlichsten die Denisovan-DNA beherbergen. Die Forscher schätzen, dass etwa 6 Prozent der heutigen Papua-Genome von Denisovans stammen. Australische Ureinwohner und solche aus südostasiatischen Inseln haben ebenfalls Spuren von Denisovaner DNA. Dies deutet darauf hin, dass sich die beiden Gruppen in Zentralasien gekreuzt haben könnten. Danach siedelten die modernen Menschen weiterhin die Inseln Ozeaniens an.

Die Bewohner des asiatischen Festlandes scheinen jedoch keine Denisows Spuren in ihrer DNA zu besitzen, eine "sehr merkwürdige" Tatsache, sagt Hawks. "Wir betrachten ein sehr interessantes Bevölkerungsszenario" - eines, das nicht völlig mit dem übereinstimmt, von dem wir dachten, dass wir wissen, wie die Wellen moderner Menschen in und durch Asien und auf die Inseln Ozeaniens wanderten. Diese neuen genetischen Beweise könnten darauf hindeuten, dass sich eine frühe Welle von Menschen durch Asien bewegte, sich mit Denisovans vermischte und dann auf die Inseln übersiedelte, um in Asien von späteren Wellen menschlicher Migranten aus Afrika abgelöst zu werden. "Es ist nicht ganz offensichtlich, dass dies sehr gut mit dem funktioniert, was wir über die Vielfalt der Asiaten und Australier wissen", sagt Hawks. Weitere genetische Analysen und Studien sollten jedoch helfen, diese frühen Migrationen zu klären.

Genau wie bei modern Homo sapiens, Das Genom einer einzelnen Person kann uns nicht genau sagen, welche Gene und Merkmale für alle Denisovaner spezifisch sind. Doch nur ein Genom kann die genetische Vielfalt einer ganzen Population offenlegen. Jedes unserer Genome enthält Informationen über Generationen, die weit über die unserer Eltern und Großeltern hinausgehen, sagte David Reich, Forscher am Massachusetts Institute of Technology am Harvard University Broad Institute und Mitautor der Zeitung. Wissenschaftler können den Satz von Genen auf jedem Chromosom - von jedem Elternteil weitergegeben - vergleichen und gegenüberstellen und diesen Prozess über die Generationen hinweg extrapolieren. "Sie enthalten eine Vielzahl von Vorfahren in Ihnen", sagte Reich und borgte sich bei Walt Whitman.

Die neue Forschung zeigt, dass die Denisovans eine geringe genetische Vielfalt hatten - nur 26 bis 33 Prozent der genetischen Vielfalt der heutigen europäischen oder asiatischen Bevölkerung. Und für die Denisovans scheint die Bevölkerung seit Hunderttausenden von Jahren sehr klein zu sein, mit relativ geringer genetischer Vielfalt im Laufe ihrer Geschichte.

Kurioserweise stellten die Forscher in ihrer Zeitung fest, dass die Denisowaner Bevölkerung "einen drastischen Rückgang ihrer Größe zu der Zeit, als die moderne Bevölkerung begann zu expandieren" zeigte.

Warum waren moderne Menschen so erfolgreich, während Denisovans (und Neandertaler) ausgestorben sind? Pääbo und seine Co-Autoren konnten nicht widerstehen, die möglichen genetischen Faktoren zu untersuchen. Sie stellen fest, dass einige der Hauptunterschiede sich auf die Entwicklung des Gehirns und die synaptische Konnektivität konzentrieren. "Es macht Sinn, dass die Konnektivität im Gehirn auftaucht", sagte Pääbo. Neandertaler hatten ein ähnliches Verhältnis von Gehirngröße zu Körper wie wir, sodass die neurologischen Unterschiede eher als die Schädelkapazität zugrunde liegen könnten, was erklären könnte, warum wir blühten, während sie ausstarben, sagte er.

Hawks spricht dagegen, dass es vielleicht noch ein wenig zu früh ist, aus genetischen Vergleichen mit archaischen Verwandten Rückschlüsse auf die Evolution des menschlichen Gehirns zu ziehen. Die Entschlüsselung der genetischen Karte des Gehirns und der Erkenntnis aus einem Genom ist noch weit entfernt, stellt er fest. Die Auflösung der Hautfarbe ist angesichts unserer aktuellen Technologien und unseres Wissens noch schwierig genug.

Neue Sequenzierung für alte DNA
Die Denisovan-Ergebnisse stützen sich auf eine neue Methode der genetischen Analyse, die von dem Papierautor Matthias Meyer, ebenfalls von M.P.I. Das Verfahren ermöglicht es den Forschern, das gesamte Genom unter Verwendung von Einzelsträngen genetischen Materials anstelle der typischen Doppelstränge zu sequenzieren. Bei der Technik, die sie als einzelsträngige Bibliotheksvorbereitung bezeichnen, wird das genetische Material zum Kopieren in einzelne Stränge zerlegt und ein Reinigungsschritt vermieden, durch den kostbares genetisches Material verloren geht.

Der Fingerknochen - nur eine disklike Phalanx - ist so klein, dass er nicht genügend nutzbaren Kohlenstoff für die Datierung enthält, stellen die Forscher fest. Aber indem man die Anzahl der genetischen Mutationen in einem Genom zählt und sie mit anderen lebenden Verwandten, wie modernen Menschen und Schimpansen, vergleicht, unterstellt man Mutationsraten seit dem Bruch mit einem letzten gemeinsamen Vorfahren, "kann man zum ersten Mal versuchen, dies abzuschätzen Nummer in ein Datum und bieten molekulare Datierung des Fossils ", sagte Meyer. Mit der neuen Auflösung schätzen die Forscher das Alter des Knochens auf 74.000 bis 82.000 Jahre. Dies ist jedoch ein weites Fenster, und die bisherigen archäologischen Schätzungen für den Knochen sind etwas jünger und reichen von 30.000 bis 50.000 Jahren. Diese genetischen Schätzungen befinden sich auch noch in der Schwebe, da die durchschnittliche Rate genetischer Mutationen im Laufe der Zeit ständig diskutiert wird, was das Alter beeinflussen könnte. "Trotzdem", so die Forscher in ihrer Arbeit, "deuten die Ergebnisse darauf hin, dass es in Zukunft möglich sein wird, Fossilien anhand von Genomsequenzen zu bestimmen."

Dieser neue Sequenzierungsansatz kann für jede DNA verwendet werden, die zu fragmentiert ist, um sie mit herkömmlichen Methoden besser lesen zu können. Meyer merkte an, dass dies für die Analyse alter DNA und zeitgemäßer forensischer Beweise, die oft nur Fragmente genetischen Materials enthalten, von Nutzen sein könnte.

Hawks ist begeistert von der neuen Sequenziertechnologie. Es sei auch hilfreich, eine Technologie entwickelt zu haben, die speziell für den Evolutionsbereich entwickelt wurde. "Wir verwenden immer die neuen Techniken aus anderen Bereichen, und in diesem Fall wird die neue Technik nur dafür entwickelt."

Hawks selbst hat von den Forschern, die mit den Denisovan-Proben gearbeitet haben, gehört, dass "der Denisovan-Pinky einfach außergewöhnlich ist", was die Menge der darin enthaltenen DNA angeht. Es wird erwartet, dass die meisten Knochenfragmente weniger als 5 Prozent der endogenen DNA des Individuums enthalten, aber dieser zufällige Finger hatte überraschende 70 Prozent, berichteten die Forscher in der Studie. Und viele Neandertaler-Fragmente sind in unterschiedlichsten Zuständen erhalten geblieben - vielen geht es viel schlechter als diesem Denisovan-Fingerknochen.

Der neue Sequenzierungsansatz könnte auch das Verständnis bekannter Exemplare und der Entwicklungslandschaft insgesamt verbessern. "Es wird den Ertrag anderer Fossilien erhöhen", stellt Hawks fest. Viele der Neandertaler Exemplare haben zum Beispiel nur einen kleinen Bruchteil ihres Genoms sequenziert. "Wenn wir von zwei Prozent auf das gesamte Genom gehen können, öffnet sich viel mehr", sagt Hawks. "Es wird spannend, in der Zeit weiterzugehen", sagt er, und diese neue Technik sollte es uns ermöglichen. "Es gibt ein riesiges Rennen - es ist aufregend."

Die Denisovaner könnten der erste nicht-Neandertaler Mensch sein, der sequenziert wird, aber sie werden wahrscheinlich nicht der letzte sein. Die Forscher hinter dieser neuen Studie arbeiten bereits mit der neuen Einzelstrang-Sequenzierungstechnik, um ältere Exemplare erneut zu untersuchen. (Meyer sagte, sie arbeiteten an der Überprüfung alter Proben, würden aber nicht angeben, welche Exemplare sie untersuchten - der mysteriöse "Hobbit") H. floresiensis wäre ein würdiger Kandidat.) Pääbo schlägt Asien als besonders aussichtsreichen Standort vor, um nach anderen Denisovan-ähnlichen Gruppen zu suchen. "Ich wäre überrascht, wenn es zukünftig keine anderen Gruppen mehr geben würde", sagte er.

Es würde wahrscheinlich auch einige aufregende Ergebnisse bringen, wenn man diese Technik auf Exemplare aus Afrika überträgt, sagt Hawks. Afrika mit seiner reichen menschlichen Entwicklungsgeschichte besitzt die größte genetische Vielfalt. Die Genome zeitgenössischer Pygmäen- und Jägersammlerstämme in Afrika zum Beispiel weisen ungefähr so ​​viele Unterschiede auf wie die der europäischen modernen Menschen und der Neandertaler. "Jedes antike Exemplar, das wir in Afrika finden, könnte sich so von uns unterscheiden wie Neandertaler", sagt Hawks. "Alles, was wir am richtigen Ort finden, könnte ein anderer Denisovaner sein."

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