Kontakty seksualne człowieka współczesnego z denisowianami i neandertalczykami, do których doszło przed tysiącami lat, pozostawiły trwały ślad w naszym genomie. Dzięki temu niektórzy z nas są chronieni.
- Więcej ciekawych historii przeczytasz na stronie głównej „Newsweeka”
Dziękujemy, że jesteś z nami!
Foto: Newsweek
Lubisz zimę i dobrze znosisz mrozy? Zapewne jesteś jedną z osób, które mają wariant genu ułatwiający przetrwanie w zimnym klimacie. Odziedziczyły go po denisowianach, którzy byli w stanie znieść surowy klimat Syberii, jaki panował tam już przed tysiącami lat. To wniosek z badania, które przeprowadzili naukowcy z Universitat Pompeu Fabra w Barcelonie, a opublikowali właśnie na łamach czasopisma naukowego „PLoS Genetics”.
Z wcześniejszych badań wiadomo, że homo sapiens nawiązywał seksualne relacje nie tylko z denisowianami. Łączyły go bliskie więzy także z neandertalczykami. A wszystkie te zbliżenia pozostawiły ślady w naszym genomie. Jedne odziedziczone geny ułatwiają nam życie, ale inne przysparzają kłopotów. Badania fragmentów DNA pochodzących od naszych dalekich przodków pozwalają nie tylko poznać historię ewolucyjną człowieka i zrozumieć, jak działają geny współczesnego homo sapiens, ale także określić podatność różnych populacji na niektóre choroby. Mogą się też przydać przy opracowaniu nowych leków.
Palec i dwa zęby
Były trzy grupy homo. Jedna żyła w Afryce, druga w Europie, a trzecia w środkowej Azji. Nie miały ze sobą kontaktu aż do momentu, kiedy mieszkający w Afryce homo sapiens postanowili szukać nowego miejsca do życia. Nie wiadomo, dlaczego to zrobili. Może nie dla wszystkich wystarczało jedzenia, a może pchnęła ich zwykła ludzka ciekawość, ta sama, która skłoniła Krzysztofa Kolumba czy Vasco da Gamę do wyruszenia w świat.
Wiadomo, że grupa homo sapiens wyprawiła się w podróż w nieznane 60 tys. lat temu. Dotarła na Bliski Wschód i tam się podzieliła. Jedni powędrowali do Europy, gdzie żyli neandertalczycy, a drudzy wyruszyli na wschód, do Azji, gdzie spotkali się z denisowianami.
Między ludźmi a neandertalczykami dochodziło do częstych zbliżeń. Nie wiadomo tylko — dobrowolnie czy pod przymusem
O denisowianach świat dowiedział się w 2010 r., kiedy w Jaskini Denisowej w górach Ałtaj na Syberii znaleziono fragment kości palca ręki młodej dziewczyny oraz dwa zęby innych osób. Badania genetyczne dowodziły, że szczątki te należały do wymarłego gatunku człowiekowatych, który żył na Syberii i w Azji Południowo-Wschodniej kilkaset-kilkadziesiąt tysięcy lat temu.
W Jaskini Denisowej w tych samych warstwach osadu, w których były fragmenty ludzkie, znaleziono także koraliki z kości i kości słoniowej. Sugeruje to, że denisowianie dysponowali wyrafinowanymi narzędziami i biżuterią. Do dziś niewiele więcej o nich wiadomo. Natrafiono bowiem jedynie na pojedyncze ich kości. Znalezione szczątki okazały się jednak niezwykle cenne. Znajdują się w nich fragmenty DNA, które poddawane są wnikliwym badaniom. Przeprowadzone już kilka lat temu analizy genetyczne wykazały, że homo sapiens uprawiał seks z denisowianami.
Nic za darmo
Naukowcy z Universitat Pompeu Fabra w Barcelonie postanowili przyjrzeć się, jaką rolę odgrywa w naszym życiu gen SLC30A9, który jest najbardziej rozpowszechnionym wkładem genetycznym denisowian w nasz genom. Gen ten koduje białko odpowiedzialne za transport cynku w komórkach.
Cynk jest pierwiastkiem śladowym, co oznacza, że w naszym organizmie występuje w niewielkich ilościach, a mimo to jest niezbędny dla zdrowia człowieka. Odgrywa podstawową rolę w procesach metabolicznych, bierze udział w syntezie białek i hormonów, a także zapewnia prawidłowe działanie układu odpornościowego. Ilość cynku, jaka dociera do poszczególnych elementów w komórce, zależy od wariantu genu SLC30A9. Za sprawą mutacji podarowanej przed denisowian zaszły zmiany w metabolizmie homo sapiens, a także w funkcjonowaniu mitochondriów. Te komórkowe elektrownie stały się dzięki temu bardziej wydajne.
Wariant genu SLC30A9, który otrzymaliśmy od denisowian, dawał jego posiadaczom przewagę ewolucyjną. Dzięki niej homo sapiens mógł lepiej przystosować się do zimna. Ale nic za darmo. Zmieniony gen przynosił też kłopoty. Jego posiadacze mieli niższy poziom cynku w organizmie, a niedobór tego pierwiastka powoduje obniżenie nastroju i sprzyja zaburzeniom neurologicznym. Odziedziczony wariant genu zwiększa zatem podatność na takie schorzenia jak depresja, schizofrenia czy choroba dwubiegunowa.
Badacze z Barcelony wykazali też, że wariant tego genu był powszechny wśród dawnych mieszkańców Azji. Rozprzestrzenił się wśród ludzi żyjących w Europie i rdzennych Amerykanów. Ale nie znaleziono go tylko w genomie neandertalczyków, a w genomie współczesnych mieszkańców Afryki znajduje się starszy jego wariant, który powstał, zanim homo sapiens i denisowianie zaczęli się krzyżować.
Zmieniony gen SLC30A9 jest wyjątkowo rozpowszechniony, bo zdecydowanie zwiększał szanse na przetrwanie w trudnych warunkach klimatycznych. Inne geny naszych odległych przodków nie mają takiego zasięgu geograficznego. Na przykład wariant genu EPAS1 otrzymany od denisowian, który umożliwia przystosowanie się do życia na dużych wysokościach, występuje tylko u Tybetańczyków. Dzięki niemu mieszkańcy Tybetu mogą żyć na dużych wysokościach, gdzie panują niskie temperatury i jest niskie ciśnienie tlenu. Nie są też narażeni na nadciśnienie płucne, do którego dochodzi w wyniku zwężenia naczyń krwionośnych, ani na wzrost stężenia hemoglobiny we krwi, który zwiększa ryzyko choroby wysokościowej.
Dobrowolnie czy pod przymusem
Homo sapiens krzyżował się nie tylko z denisowianami. Miał też kontakty seksualne z neandertalczykami, które pozostawiły trwały ślad w jego materiale genetycznym. Pierwszym, który dostarczył dowodów na krzyżowanie się neandertalczyków i ludzi, był prof. Svante Paabo z Instytutu Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka w Lipsku. Uczony rozszyfrował genom neandertalczyka, a potem porównał go z naszym. Na tej podstawie ustalił, że w DNA człowieka współczesnego znajduje się aż 4 proc. neandertalskich genów. W kolejnych badanych szkieletach śladów neandertalczyka było nieco mniej, bo 1,5-2,1 proc., ale bez względu na to, ile genów neandertalczyka znajduje się w genomie ludzkim, jedno jest pewne: między ludźmi a neandertalczykami dochodziło do częstych zbliżeń. Nie wiadomo tylko — dobrowolnie czy pod przymusem.
Zaskoczeniem dla badaczy było odkrycie fragmentów DNA neandertalczyka, co prawda w niewielkich ilościach, u mieszkańców Afryki Zachodniej. Do niedawna uważano bowiem, że neandertalskiego DNA nie mają mieszkańcy Czarnego Lądu. Odkrycie to oznacza, że część homo sapiens powróciła do Afryki, którą przed laty opuściła. Dowodów dostarczyli naukowcy z Wellcome Sanger Institute na Uniwersytecie w Cambridge, którzy przeanalizowali 929 ludzkich genomów. Wyniki swojej pracy opublikowali trzy lata temu w czasopiśmie „Science”.
Geny neandertalskie ułatwiły przybyłemu do Europy człowiekowi współczesnemu szybkie przystosowanie się do warunków panujących na Starym Kontynencie. Jednym z nich była adaptacja do promieniowania ultrafioletowego, które w Europie jest mniejsze niż w Afryce. Pigmentacja skóry chroni przed UV i jego konsekwencjami, takimi jak oparzenia i nowotwory skóry, ale na północy Starego Kontynentu nadmiar ciemnego pigmentu jest niepożądany, bo może blokować powstawanie witaminy D.
Neandertalskie fragmenty DNA wpływają też na układ krwionośny. Dowiedli tego naukowcy z Uniwersytetu Vanderbilt, którzy przeanalizowali genom prawie 28,5 tys. rdzennych Europejczyków i porównali ich geny z wcześniej rozszyfrowanym DNA neandertalczyka. Odkryli oni, że pewne warianty genów naszego dawnego przodka odpowiadają za zwiększone krzepnięcie krwi. Cecha ta była korzystna, bo dzięki temu rany szybko się zasklepiały i nie dochodziło do zakażeń. Obecnie jest ona jednak szkodliwa, ponieważ może zwiększać ryzyko udaru.
Niekorzystne są też niektóre warianty genu SLC16A11 pochodzenia neandertalskiego. Odpowiadają one za produkcję białka, które wpływa na metabolizm tłuszczy. W zamierzchłych czasach, gdy brakowało jedzenia, warianty tego genu pomagały przetrwać okresy głodu, dlatego w przeszłości były faworyzowane przez dobór naturalny. Ale obecnie efekt ich działania zdrowiu nie służy. Zwiększa ryzyko otyłości i prowadzi do insulinooporności.
Pokonać wirusy
W genomie współczesnych ludzi naukowcy odkryli też bardzo wiele fragmentów DNA pochodzenia neandertalskiego, które odpowiadają za zwalczanie infekcji wirusowych. Jedne wpływają bezpośrednio na unicestwienie wirusów, inne ograniczają ich namnażanie, a jeszcze inne łagodzą przebieg zakażenia.
Co ciekawe, z dotychczasowych badań wynika, że te pradawne warianty genów pomagają przede wszystkim w walce z wirusami RNA, do których należy m.in. SARS-CoV-2. Jest to o tyle istotne, że wirusy RNA mają większą zdolność do przenoszenia się między gatunkami niż wirusy DNA, a zatem stanowią większe zagrożenie. Jednym z takich genów przekazanych przez neandertalczyków jest OAS1. Dzięki niemu homo sapiens, który przybył do Europy, był w stanie zwalczać panujące tam wirusy. I cały czas jest przydatny, co wykazali naukowcy z McGill University w Montrealu.
Białko kodowane przez ten gen może chronić przed ciężkim przebiegiem COVID-19 i śmiercią. Bierze ono udział w reakcji odpornościowej organizmu uruchamianej w odpowiedzi na zakażenie. Gdy jest wytwarzane w większych ilościach, pozwala skutecznie zwalczyć wirusa SARS-CoV-2. Zdaniem kanadyjskich badaczy odkrycie tego genu może mieć znaczenie praktyczne. Dostępne od lat leki, które zwiększają stężenie białka OAS1, mogą okazać się przydatne w walce z COVID‑19.
Gen OAS1 nie jest jedynym, który wpływa na odpowiedź immunologiczną. Prof. Svante Pääbo i dr Hugo Zeberg z Instytutu Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka w Lipsku odkryli w naszym genomie fragmenty DNA odziedziczone po neandertalczykach, które działają odwrotnie niż gen OAS1. Zwiększają bowiem ryzyko ciężkiego przebiegu COVID-19. Gdy jego posiadacze zachorują na COVID-19, będą z dużym prawdopodobieństwem wymagać podłączenia do respiratora. Ryzyko to jest u nich trzy razy większe niż u ludzi, którzy tego genu nie mają.
Ze wstępnych analiz wynika, że spora część archaicznych wariantów genów wpływa na ciężki przebieg zakażenia SARS-CoV-2 i zwiększone ryzyko poważnych powikłań. Potwierdzają to także dane epidemiologiczne. Najwięcej przypadków zachorowań na COVID-19 miało miejsce w Europie, w Ameryce Południowej i Azji, a więc w rejonach, gdzie żyją ludzie, którzy mają sporo fragmentów DNA odziedziczonych po dawnych przodkach. W Afryce, gdzie niemal nie występują geny pochodzące od neandertalczyków i denisowian, mniej osób zachorowało na COVID-19, a ci, którzy chorowali, mieli łagodniejsze objawy. O tym, kto w jaki sposób będzie przechodził infekcję koronawirusem, zależy od wielu czynników, ale geny bez wątpienia odgrywają tu istotną rolę. Stanowią też świadectwo epidemii, z którymi musieli się mierzyć nasi dawni przodkowie.
Naukowcy nie wiedzą, w jaki sposób pradawne geny wpływają na ciężki przebieg infekcji. — Geny te mogły chronić neandertalczyków przed niektórymi innymi chorobami zakaźnymi, których dzisiaj nie ma. A obecnie, kiedy mamy do czynienia z zupełnie nowym koronawirusem, geny te mają dla nas tak tragiczne konsekwencje — uważa prof. Pääbo.