Mit nem adtak nekünk a neandervölgyiek?

A neandervölgyi genom a kezdetektől fogva izgalomban tartott minket is, meg persze mindenkit, aki fogékony az efajta genomikai – humánbiológiai ínyencségekre.

A genom, sőt genomok (mert ma már három, földrajzilag nagyon különböző helyeken fellelt fosszíliából nyert genetikai anyag áll a rendelkezésünkre), pedig fokozatosan egyre több dolgot árultak el a mai modern ember és az Eurázsiát előtte meghódító neandervölgyi populációk bonyolult viszonyáról.

Így, míg a mitokondriális DNS (mtDNS) alapján úgy tűnt, hogy két külön fajról van szó, az egyre bővebb genomi szekvencia fokozatosan egyértelműsítette, hogy a valóságban a két populáció kisebb-nagyobb rendszerességgel keveredett egymással, és az afrikai populációkkal ellentétben az európaiak és ázsiaiak számottevő neandervölgyi-eredetű szekvenciát hordoznak magukban. Aztán persze a szibériai Gyeniszovából előkerült, teljesen váratlan új hominid genom még jobban összekuszálta a képet és egyre inkább úgy tűnik most, hogy nagyon sok, rokon (de ma élő emberi populációknál távolabbi rokon) emberi közösség élt párhumzamosan a föld felszínén. És ez időnként bizony keveredést eredményezett, amelynek a nyomai mindmáig ott vannak a genomunkban. (Ezek a genetikai nyomok annyira árulkodóak tudnak lenni, hogy az altáji neandervölgyi genom alapján az is valószínűnek tűnik, hogy a denisovaiakon kívűl egyéb, ma még semmilyen szinten nem ismert ősi Homo populációk is rótták Eurázsia felszínét.)

De honnan is tudjuk, hogy valóban van neadnervölgyi örökítőanyag a mai európaiak kromoszómáin, honnan lehet ezt ekkora bizonyossággal kijelenteni? Amikor anno először írtam bővebben a neandervölgyi genomról, ezt már pedzegettem, de régen is volt, meg talán nem is volt teljes leírás, így egy picit nézzük meg mindezt közelebbről.

Magát a jelenséget, amikor egy távoli populációból egy másikba génáramlás történik és ennek eredménye aztán a hosszú generációk alatt rögzül, introgressziónak nevezzük.

A jelenség teljesen általános az élővilágban, minden szexuálisan szaporodó fajban megfigyelhetjük (a baloldali magyarázó ábra is egy gyapot-genetikával foglalkozó oldalról van, de tökéletesen megteszi). A lényeg az, hogy amikor egy hibrid eredetű diploid egyed, aki egyik kromoszóma-készletét egy donor populációból, másik kromoszóma-készletét pedig egy referencia populációból kapta, ivarsejteket hoz létre, a saját szaporodása céljából, azok a (haploid) ivarsejtek egy kevert genomot hordoznak majd. Azért, mert az ivarsejtek a meiózis folyamata során jönnek létre, márpedig a meiózis egyik legfontosabb jellegzetessége, hogy közben bekövetkezik a kromoszómák átkereszteződése, a crossing-over.

Az így öröklődő “hibrid” kormoszóma aztán a követlező generációban, szintén egy crossing-over alanya lesz, amely során, bizonyos eséllyel az átkereszteződés érintheti a donor szülőtől származó DNS darabot. Ha ebben és a következő generációkban mindig referencia egyedekkel párosodnak a donor-örökítőanyagot hordozók, akkor folyamatosan csökkenni fog a donor-DNS mérete. Sőt, természetesen el is veszhet, ha csak kedvező véletlenek sorozata, vagy – gyakrabban – a természetes szelekció nem fogja megtartani.

A donor-DNS jelenlétét annak köszönhetően fogjuk tudni kimutatni, hogy az adott kormoszóma darabban, a DNS kisebb-nagyobb változásai (az ún. polimorfizmusok), mindig az egykori “donor” szülő genomját fogják tükrözni, és különbözni forgnak a referencia populáció azon egyedeitől, akik nem hordozzák magukban az introgresszált örökítőanyagot.

Mindez a logika jól használható arra is, hogy megkeressük a ma élő európaiakban levő neandervölgyi “emlékeket”. Ehhez “referencia”-genomként a neandervölgyiekkel nem keveredő afrikaiak DNS-ét használhatjuk: bár az európaiak és afrikaiak genomja sokkal jobban hasonlít átlagosan, mint a neandervölgyiek és az európaiak DNS-e, lesznek olyan pontok, ahol az európai genom apróbb szakaszai neandervölgyi-polimorfizmusokat hordoznak majd. Ezek a számunkra érdekes “introgresszált” régiók. Ezeket vizsgálva megkereshetjük például azokat a DNS darabokat, amelyeket a szelekció nagyon is igyekezett az egykori formájukban fenntartani  (vagyis feltehetőleg valamilyen szelekciós előnyt biztosítottak a gazdáik számára). Ilyen például a bőrszín kialakításában is részt vevő keratinociták számára fontos néhány gén.

Két frissen megjelent tanulmány azonban fejre állította ez a logikát: mindenkettőben olyan régiókra figyeltek fel, ahol hangsúlyozottan nincs jelen neandervölgyi-eredetű introgresszált kromoszóma darab. Olyannyira nincs, hogy az már kevesebb, mint amit a puszta véletlenek miatt várnánk: ezekben a régiókban nagyon aktív szelekció folyt a neandervölgyi DNS kiszórására. Ilyen például a “nyelvgénnek” aposztrofált FOXP2 körüli 17 megabázisnyi kormoszómadarab. (Így hiába kódolják a neandervölgyiek ugyanazt a FOXP2 fehérjét, mint mi, a gén szabályozása lehet, hogy különbözik.)

Összességében meglepően sok neandervölgyi-mentes régiót találtak, így értelemszerűen felmerül a kérdés, miért? mi ennek az oka?

A legkézenfekvőbb válasz az, hogy a hibridizáció eredményeként létrejövő egyedek (elsősorban a hímek) maguk már nem voltak valami termékenyek – ez a (hím) hibrid sterilitás jelensége.

Zanzásítva, arról van szó, hogy ahogy két elkülönült, egymással nem szaporodó populációban párhuzamosan zajlik az evolúció, olyan allélikus változatai jöhetnek létre egymással kölcsönható fehérjéket kódoló géneknek, amelyek “keresztben” már nem lesznek kompatibilisek. (Egyszerű eset: ha a két fehérje egymással kölcsönható felszíne az egyik populációban úgy változik, hogy A fehérjéből kilógó darab, B fehérjén levő zsebbe csatlakozik, a másik populációban pedig épp fordítva, akkor a két populáció hibridizációjából származó egyedben egy-egy kilógó darabú A és B fehérje akar majd egymással kölcsönhatni, többnyire eredménytelenül. Ez pedig, ha ez egy esszenciális fehérje-fehérje kölcsönhatás, akár halálos is lehet az utódra nézve.) És mivel a spermatogenezisért felelős gének különösen gyorsan evolválódnak, gyakrabban lesz efajta hibridizáció eredménye egy-egy steril hím utód.

A hibrid sterilitás ismeretében viszont ismét árnyalnunk kell a neandervölgyi és modern ember identitásáról szóló képünket: míg hosszú ideig az elején két külön fajnak tartottuk őket, mostanra, mint írtam az elején, már elfogadottá kezdett válni az az álláspont, hogy biológiai értelemben mégsem két külön fajról van szó, hiszen egy szaporodóközösséget alkottak (a denisovaiakkal és a többi, felfedezésre váró ősi hominid populációval egyetemben). A hibrid sterilitás viszont arról árulkodik, hogy mégis már-már külön fajokról van szó. Hiszen a fajképződés nem egy “igen-nem” folyamat, létezik egy átmeneti szürkezóna is, amely során nehéz megfogni, mikor is kezdhetünk két fajról beszélni, egy faj két alfaja helyett. (Mindenesetre ez az egész még nagyobb kérdőjel alá helyezi a neandervölgyi klónozás egyébként is elszállt ötletét.)

A másik, amit kicsit más színben látunk, az a neandervölgyi – “modern” ember párkapcsolatok száma: eddig a viszonylag kis mennyiségű neandervölgyi DNS jelenléte miatt, azt feltételeztük, hogy az ilyen párkapcsolatok ritkák lehettek. Ha azonban az utódok egyszerűen kevésbé voltak termékenyek, lehet, hogy egy sokkal gyakoribb jelenségről van szó, mint ahogy eddig sejtettük, csak a leromló fitnessz miatt, hosszú távon a “hibrid” populációk fokozatosan kiszorultak, csak minimális emlékük maradt fent a hasznos (vagy semleges) introgressziók formájában.

A két tanulmány egy érdekes ponton eltér: mindkettőben igazolják azokat a korábbi felismerésket, hogy a kelet-ázsiai emberekben több neandervölgyi-eredetű DNS szakasz van (1.38%), mint európaiakban (1.15%), de ezt különbözőképpen interpretálják: az egyik csoport szerint mindez azt tükrözi, hogy ezek a kelet-ázsiai populációk kisebbek votlak, így a neandervölgyi gének kevésbé tudtak kihígulni, a másik társaság szerint viszont arról van szó, hogy K-Ázsiában két hullámban is bekövetkezett számottevő neandervölgyi-introgresszió és ennek a nyomát észleljük.

Ahogy egyre több archaikus humán DNS áll majd a rendelkezésünkre, úgy fogunk egyre többet megtudni erről a valamikori furcsa világról, ahol sok homindi faj/alfaj élt párhuzamosan és keveredett egymással, mint egy szaftosabb “Gyűrűk ura” univerzumban.

Vernot B, Akey JM (2014) Resurrecting Surviving Neandertal Lineages from Modern Human Genomes. Science doi: 10.1126/science.1245938.
Sankararaman S, Mallick S, Dannemann M, Prüfer K, et al. (2014) The genomic landscape of Neanderthal ancestry in present-day humans. Nature doi: 10.1038/nature12961.
Prüfer K, Racimo F, Patterson N, Jay F, Sankararaman S, et al. (2014) The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature 505: 43-9.