Langa leiðin frá Neanderthal

Nýliðinn miðvikudagsmorgun fluttu Svante Pääbo og Johannes Krause frá Max Planck stofnunni í Leipzig erindi í húsakynnum Íslenskrar erfðagreiningar um raðgreiningu erfðamengis Neanderthalsmannsins. Raðgreining erfðamengja felur í sér að ákvarða röð basa í erfðamenginu, til að finna hvaða gen eru til staðar, innbyrðis afstöðu þeirra og með samanburði við aðrar erfðamengi annara lífvera, finna breytingar sem þau hafa orðið fyrir í tímans rás.

En hvers vegna ættum við að rannsaka erfðamengi útdauðra frænda okkar? Svante reyndi að svara þeirri spurningu, aðallega með skírskotun til forvitni okkar um eigin uppruna og líffræði.

Í fyrsta lagi eru menn heillaðir af sérstöðu sinni sem tegund. Í stuttu máli er Homo sapiens fiskur sem gekk á land, hékk í tré og gengur nú uppréttur á afturlimunum. Bróðurpartur erfðamengis okkar er eins og annara prímata og mjög svipaður fiskum og jafnvel þráðormum. Vissulega hafa nokkrar breytingar orðið, sumar eru einstakar fyrir prímata sem hóp, og síðan aðrar sem einkenna manninn. Áætlað er að 30 milljónir basa séu mismunandi milli erfðamengja manns og simpansa, og að 95% þessara breytinga skipti engu máli...séu hlutlausar.

Paabo leitaðist við að skilgreina eiginleika sem eru manninum einstakir, greind, félagsatferli, næmni gagnvart ákveðnum sýklum o.s.frv. Hann lagði áherslu á að einungis væri stigsmunur á flestir þessara eiginleika milli manns og simpansa, ekki eðlismunur. T.d. hafa simpansar sýnt mikla námshæfileika, valda 100+ orðaforða, nota verkfæri og eru með flókið félagsatferli. Oft hælir nútímamaðurinn sér af greind og höfuðstærð, en náfrændi okkar Homo neanderthalensis var með stærri höfuðkúpu en við (mynd úr bók Barton og félaga, http://www.evolution-textbook.org).

 

Í öðru lagi getur erfðamengi Neanderthalsmannsins svarað spurningunni um hvort kynblöndun var milli þeirra og nútímamannsins (rætt hér áður). 

Þriðja meginástæðan er að erfðamengi geta sagt ýmislegt um líffræði tegunda, sem ekki er hægt að ráða úr beinum og öðrum leifum. Fleiri rök eru fyrir því að raðgreina erfðamengi Neanderthalsmannsins, ekki rakin frekar hér því við viljum rýna aðeins í framkvæmdina og niðurstöðurnar.

Raðgreining DNA úr steingerfingum krefst tæknilegrar nákvæmni og margskonar leiðréttinga vegna mengunar. Ferlið hefst á því að beinahluti er mulinn í duft, og DNA einangrað. Mismunandi sýni eru skimuð, til að ákvarða hlutfall Neanderthals DNA og mannaerfðaefnis (með því að magna upp hluta af hvatbera litningi). Þeir notuðu einungis sýni sem voru með lítið hlutfall af mannaerfðaefni, sem situr utan á beinunum e.t.v. frá því þau voru grafin upp, eða handfjötluð á safni.

Raðgreiningin fer fram á hreinsuðu DNA úr beinunum og síðan eru raðirnar skimaðar fyrir annarskonar mengun (gerlum, plöntuleifum, o.s.frv.). Innan við 10% raða úr hverri keyrslu eru úr mannöpum, líklega Neanderthalsmanni (mengun frá H. sapiens fellur líka í þennan hóp!).

Það sem er kannski mest sláandi við vinnuna er hversu langan tíma þetta mun taka. Núna hafa þau safnað 60 Mb (megabasar - milljón basa), til samanburðar er erfðamengi mannsins 3.200 Mb, þannig að langt er í land.  Einnig er sláandi, þrátt fyrir varkár vinnubrögð, að enn eru vísbendingar um mengun í sýnunum. Allar niðurstöður sem koma úr verkefninu verður að túlka á grandvaran hátt, og frekari staðfestingar á að vera krafist.

Því miður er freistingin til að túlka takmarkaðar niðurstöður oft mikil, og við höfum rætt dæmi þar sem því var haldið fram að Neanderthalsmennirnir hafi verið rauðhærðir, og með samskonar málhæfileika og nútímamaðurinn. Ástæðan er líklega sú að vísindamenn eru mennskir, og gera samskonar skyssur og aðrir. Ef svo vildi til að Neanderthalsmaðurinn hefði þraukað á jörðinni, er allt eins líklegt að hann hefði oftúlkað niðurstöður um erfðamengi útdauðu og heilasmáu systurtegundarinnar Homo sapiens.

Athugasemdir

[Svanur Gísli Þorkelsson, 25.4.2008 kl. 17:41]

Arnar reit; "Hann lagði áherslu á að einungis væri stigsmunur á flestir þessara eiginleika milli manns og simpansa, ekki eðlismunur. T.d. hafa simpansar sýnt mikla námshæfileika, valda 100+ orðaforða, nota verkfæri og eru með flókið félagsatferli." - Ég héllt að flokkun tegunda færi almennt eftir því hvað greindi að en ekki því sem sameiginlegt er . Var Paabo að meina að hér væri munurinn svo þverrandi lítill að ekki væri hægt að greina í sundur?

[Arnar Pálsson, 25.4.2008 kl. 18:13]

Auðvitað er munur, en flestir eiginleikarnir sem greina á milli tegundana eru samfelldir. Hægt er að kenna öpum 100 orð, en mönnum 5000 orð (ekki nákvæmar tölur!), simpansar nota einföld verkfæri, menn nota fleiri og flóknari verkfæri. Á sama hátt má lýsa útliti og flokka tegundirnar eftir samfelldum mismun í lögun beina, tanna, líffæra...

Það væri gaman að finna eiginleika, útlits, lífeðlisfræði eða taugalíffræðilega sem eru mönnum (eða simpönsum) einstakir. 

[Svanur Gísli Þorkelsson, 25.4.2008 kl. 20:36]

Þú átt þá við að slíkir sér-eiginleikar hafi ekki verið fundnir og þessi litla genaprósenta sem er öðruvísi í mönnum hafi ekki áhrif á þá eiginleika sem þú tilgreinir?

[Kristín Hildur (IP-tala skráð) 26.4.2008 kl. 19:32]

Takk fyrir pistilinn!!

kv. Kristín

[Arnar Pálsson, 28.4.2008 kl. 09:13]

Svanur

Áherslan var á hversu margt er mönnum og öðrum lífverum sameinginlegt, bæði í erfðamengi og eiginleikum. Slíkur þróunarlegur skyldleiki er grundvallarástæðan fyrir því að við getum notað apa, mýs eða flugur sem likön í rannsóknum á ferlum sem tengjast sjúkdómum. En auðvitað eru eiginleikar sem eru sláandi mismunandi milli manna og annara lífvera, t.d. þola simpansar HIV veirur mun betur en við. Til að svara spurningu þinni beint, jú það eru eiginleikar sem eru mannkyni sérstakir, en þeir virðast vera merkilega fáir!

Rétt er að árétta að við verðum að hafa mismun (stigsmun eða eðlismun) á milli tegunda í huga þegar við framkvæmum rannsóknir okkar, t.d. kom í ljós að erfðamengi rhesus apans er með fleiri gen sem starfa í ónæmiskerfinu en maðurinn, sem getur bent til þess að rhesus sé ekki gott líkan fyrir sýkingar eins og HIV.

Kristín

Takk fyrir hvatninguna. 

[Erna (IP-tala skráð) 28.4.2008 kl. 10:03]

Þetta er svo heillandi!  Og segir okkur líka hvað við vitum lítið um til dæmis genastjórnun og hvernig hún getur haft áhrif á svipgerð lífvera á stórum skala.  Takk fyrir góðan pistil.   

[Púkinn, 28.4.2008 kl. 15:02]

En er ekki meginástæða þess hve sjimpansar þola HIV veiruna betur að þeir hafa haft skylda veiru (SIV) það lengi að þróast hefur viðnám gegn henni?  Það sama gæti sjálfsagt skeð með manninn ef HIV fengi að grassera í svona 500-1000 ár.

[Svanur Gísli Þorkelsson, 28.4.2008 kl. 22:13]

Takk fyrir þetta Arnar. Þetta var snaggaralega afgreitt :)

[Arnar Pálsson, 29.4.2008 kl. 09:02]

Takk sömuleiðs Svanur fyrir að kafa betur í þennan punkt.

Erna. Allt frá King og Wilson 1975 (greinin er því miður ekki aðgengileg á netinu) hefur fólk hallast að því að þróun svipfars sé drifin af breytingum í genatjáningu frekar en breytingum í prótínum. Vissulega skipta prótínin máli, en hugmyndin er sú að það er hægt að byggja margskonar form með sömu grunneiningum. Leiðbeiningar til að setja grunneiningarnar saman liggja að mestum hluta í því sem var einu sinni kallað "rusl"DNA, sem stjórnar því hvenær, hvar og hversu mikið er framleitt af hverri genaafurð. Þetta varð aðeins lengra en vera þurfti, vegna þess hversu skemmtilegar mér þykja þessar spurningar.

Púki, ég held að innsýn þín sé rétt. Þegar sýkjandi verur herja á nýjan hýsil, geta samskiptin oft verið af harkalegu tagi. Ef sýkillinn er augljóslega öflugri en hýsillinn, þá geta alvarlegar farsóttir skollið á, og þá munu einungis þeir sem geta varist sýkli lifað af (eru náttúrulega valdir!). Búast má við að samþróun t.d. veiru og hýsils leiði til þess að hýsillinn þoli sýkingarnar betur, og að veiran geti fjölgað sér án þess að skaða hýsilinn sinn. 

Ef við berum saman simpansa og menn í dag, er augljós munur á tegundunum hvað varðar svar við HIV og skyldum veirum. Það er líklegt að hann hverfi með tímanum, samanber athugasemd þína.