Susret neandertalaca i savremenih ljudi

Pobedili smo ili iskorenili druge ljude, uglavnom tokom perioda pre približno 50 i manje hiljada godina i kad su se savremeni ljudi raširili Evroazijom, i kad su se, takođe verovatno, dogodili veliki pokreti ljudi u Africi.

Danas su nam najbliži živi srodnici afrički čovekoliki majmuni: šimpanze, bonobi i gorile; niko od njih nije sposoban da napravi sofisticirano oruđe niti da koristi konceptualni jezik.

Ali pre oko 40 hiljada godina svet je bio naseljen brojnim grupama drevnih ljudi, koji su se od nas fizički razlikovali, ali su hodali uspravno i imali mnoge od naših sposobnosti.

Pitanje na koje arheološki podaci ne mogu da odgovore – ali podaci DNK mogu – jeste kako su ti drevni ljudi povezani sa nama.

Ni za jednu grupu odgovor na ovo pitanje nije izgledao hitniji nego za neandertalce.

U Evropi pre 400 hiljada godina i kasnije, predelima su dominirali ovi ljudi širokog tela i mozga u proseku malo većeg od mozga savremenih ljudi.

Primerak koji mu je dao ime neandertalac otkrili su 1856. rudari u kamenolomu krečnjaka u dolini Neandertal.

Godinama su besnele rasprave o tome da li ti ostaci potiču od deformisanog čoveka, čovekovog pretka ili ljudske loze koja je krajnje različita u odnosu na našu.

Neandertalci su postali prvi drevni ljudi koje je nauka priznala.

U Poreklu čoveka, objavljenom 1871, Čarls Darvin tvrdio je da su ljudi poput ostalih životinja u tome što su i oni proizvod evolucije.

Mada Darvin nije cenio njihov značaj, priznalo se na kraju da su neandertalci srodniji sa savremenim čovekom nego sa živim čovekolikim majmunima, pružajući dokaz Darvinovoj teoriji da su neke takve populacije morale postojati u prošlosti.

Tokom sledećih vek i po otkriveni su još mnogi neandertalski skeleti.

Ova proučavanja su otkrila da su neandertalci evoluirali u Evropi od još starijih drevnih ljudi. Po popularnom mišljenju, stekli su reputaciju životinjskog – mnogo drugačijeg od nas nego što su u stvari bili.

Primitivna reputacija neandertalaca velikim delom je podgrevana rekonstrukcijom pogrbljenog neandertalskog skeleta iz La Šapel o Sena, Francuska, iz 1911. Ali, iz svih dokaza koje imamo, pre oko 100 hiljada godina neandertalci su bili složenog ponašanja jednako kao i naši vlastiti preci – anatomski savremeni ljudi.

I neandertalci i anatomski savremeni ljudi pravili su kameno oruđe koristeći tehniku koja je postala poznata kao levaloa, što zahteva isto onoliko kognitivne veštine i spretnosti koliko i tehnike pravljenja oruđa u gornjem paleolitu i kasnom kamenom dobu, koje su nastale među savremenim ljudima pre oko 50 hiljada godina.

U ovoj tehnici, okresci se udarcima okresuju sa pažljivo pripremljenih kamenih jezgara koja pomalo liče na oruđe koje će dobiti, tako da vešti okresivači moraju imati na umu sliku kako će alat izgledati kada bude gotov, i obavljaju složene korake obrade kamena da bi postigli taj cilj.

Starali se o bolesnim i starim

Drugi znaci spoznajnog usavršavanja neandertalaca uključuju dokaze da su se starali o bolesnim i starim.

Iskopavanje u pećini Šanidar u Iraku otkrilo je devet skeleta, očigledno svi namerno sahranjeni; jedan od njih je bio napola slep stariji muškarac sa skvrčenom rukom, što ukazuje na to da je jedino mogao da preživi ako su se prijatelji ili porodica brižno starali o njemu.

Neandertalci su cenili simbolizam, kako to otkrivaju nakit napravljen od orlove kandže, pronađen u Krapinskoj pećini u Hrvatskoj, koja se datuje na pre približno 130.000 godina, i kameni krugovi napravljeni duboko u pećinu Brinikel u Francuskoj a koja se datuje na pre približno 180.000 godina.

Ipak, uprkos sličnosti između neandertalaca i savremenih ljudi, očigledne su duboke razlike.

U jednom članku napisanom 1950-ih godina tvrdi se da neandertalac u podzemnoj železnici Njujork sitija ne bi privukao nikakvu pažnju „pod uslovom da je okupan, obrijan i obučen u moderno odelo“.

Ali uistinu, njegovi ili njeni istureni nadočni lukovi i impresivno mišićavo telo bili bi izdajnički znaci.

Neandertalci su bili mnogo različitiji od bilo kojih ljudi danas nego što su to današnje populacije jedne od drugih.

Susret neandertalaca i savremenih ljudi privlačio je i maštu romanopisaca.

U Naslednicima Vilijama Goldinga iz 1955, jednu grupu neandertalaca su ubili savremeni ljudi, koji su usvojili preživelo neandertalsko dete.

U Klanu pećinskog medveda Džina Oela iz 1980, neandertalci su odgojili savremenu ženu i zamisao knjige je bila dramatizacija toga kako je mogla da izgleda interakcija ovih dveju sofistikovanih grupa ljudi, tako stranih jednih drugima, a ipak tako sličnih.

Postoje čvrsti naučni dokazi da su se savremeni ljudi i neandertalci susretali.

Najdirektniji dokaz potiče iz zapadne Evrope, gde su neandertalci iščezli pre oko 39 hiljada godina.

Savremeni ljudi su u zapadnu Evropu došli bar nekoliko hiljada godina ranije, što je vidljivo u Fumani u južnoj Italiji, gde se, pre oko 44 hiljade godina, neandertalski tip kamenog oruđa povukao pred oruđem tipičnim za savremenog čoveka.

U jugozapadnoj Evropi, oruđe svojstveno savremenom čoveku, pravljeno u stilu koji se zove šatelperonijski, pronađeno je među neandertalskim ostacima starim između 44 hiljade i 39 hiljada godina, i ono ukazuje na to da su neandertalci možda imitirali proizvodnju oruđa savremenog čoveka ili da su ove dve grupe trgovale oruđem i materijalima.

Iako ne prihvataju svi arheolozi ovo tumačenje, u toku je rasprava o tome da li su šatelperonijske artefakte napravili neandertalci ili savremeni ljudi.

Susret neandertalaca i savremenog čoveka dogodio se ne samo u Evropi već gotovo sigurno i na Bliskom istoku.

Pre oko 70 hiljada godina ili manje, jaka i uspešna neandertalska populacija raširila se iz Evrope u centralnu Aziju, čak do planine Altaj, i na Bliski istok.

Bliski istok su već naseljavali savremeni ljudi, o čemu svedoče ostaci u pećini Skhul na Karmel Ridžu u Izraelu i u pećini Kafzeh u Donjoj Galileji, datovani na pre 130 do 100 hiljada godina.

Kasnije su neandertalci prešli u tu oblast; jedan skelet u pećini Kebara na Karmel Ridžu star je između 60 hiljada i 48 hiljada godina.

Ako očekujemo suprotno, možemo zaključiti da su savremeni ljudi pomerali neandertalce pri svakom susretu; neandertalci su napredovali iz svoje domovine (Evrope) čak i kad su se savremeni ljudi povlačili. U neko vreme pre 60 hiljada godina ili kasnije, međutim, savremeni ljudi su počeli da prevladavaju na Bliskom istoku.

Sada su neandertalci postali gubitnici u tom susretu i iščezli su ne samo na Bliskom istoku već na kraju i u celoj Aziji.

Tako su na Bliskom istoku postojale bar dve prilike za susrete neandertalaca i savremenih ljudi: kada su rani savremeni ljudi najpre naselili tu oblast pre oko 100 hiljada godina i formirali populaciju koja se susrela sa neandertalcima koji su se širili, i kad se savremeni čovek vratio i tu zamenio neandertalce pre oko 60 ili 50 hiljada godina.

Neandertalska DNK

Da li su se te dve populacije ukrštale?

Da li su neandertalci među direktnim precima bilo kojih savremenih ljudi?

Postoje neki skeletni dokazi hibridizacije.

Erik Trinkhaus identifikovao je ostatke kao što su oni iz pećine Oase u Rumuniji, za koje tvrdi da su između savremenih ljudi i neandertalaca.

Međutim, zajedničke skeletne osobine ponekad odražavaju adaptaciju na iste pritiske sredine, a ne zajedničkog porekla.

Zato arheološki i skeletni nalazi ne mogu da odrede srodnost neandertalaca sa nama. Proučavanje genoma može.

U početku su se naučnici koji su proučavali DNK usredsređivali isključivo na mitohondrijsku DNK iz dva razloga.

Prvi, u svakoj ćeliji ima oko hiljadu kopija mitohondrijske DNK u poređenju sa dve kopije najvećeg dela preostalog genoma, što povećava mogućnost uspešnog izdvajanja.

Drugi, mitohondrijska DNK je puna informacija: postoji mnogo više razlika za dati broj slova DNK nego na većini drugih mesta u genomu, što omogućava da se postignu znatno preciznija merenja vremena genetskog razdvajanja za svako slovo DNK koje se sa uspehom pročita.

Analiza mitohondrijskih podataka potvrdila je da su neandertalci imali zajedničkog pretka po majčinskoj liniji sa savremenim ljudima skorije nego što se ranije mislilo – najbolja trenutna procena je pre 470 do 360 hiljada godina.

Analiza mitohondrijske DNK takođe je potvrdila da su neandertalci bili veoma posebni.

Tip njihove DNK bio je izvan opsega današnjih varijacija kod ljudi, i imao je zajedničkog pretka sa nama u vreme koje je višestruko starije od vremena kada je živela Mitohondrijska Eva.

Mitohondrijska DNK neandertalca nije dala nikakvu osnovu za teoriju da su se neandertalci i savremeni ljudi mešali kad su se susreli, ali u isto vreme podaci iz mitohondrijske DNK nisu mogli da isključe do oko 25 odsto doprinosa neandertalca DNK savremenog neafrikanca.

Postoji razlog zašto imamo tako malo mogućnosti da donosimo zaključke o doprinosu neandertalaca savremenim ljudima zasnovane samo na mitohondrijskoj DNK.

Čak i ako savremeni ljudi izvan Afrike danas imaju značajno neandertalsko poreklo, postoji samo jedna ili nekoliko žena koje su živele u to vreme i koje su bile dovoljno srećne da proslede svoju mitohondrijsku DNK savremenim ljudima, i ako je većina tih žena pripadala savremenim ljudima, obrasci koje vidimo danas ne bi iznenađivali.

Tako mitohondrijski podaci nisu mogli dati ubedljiv odgovor, ali, uprkos tome, shvatanje da se neandertalci i savremeni ljudi nisu mešali ostalo je naučna ortodoksija sve dok tim Svante Paba nije izdvojio DNK iz celokupnog genoma neandertalca, čime je omogućio da se istraži istorija svih predaka, a ne isključivo po majčinskoj liniji.

Napredak u sekvenciranju celokupnog genoma neandertalca omogućen je ogromnim skokom efikasnosti tehnologije za izučavanje drevne DNK tokom decenije nakon sekvenciranja mitohondrijske DNK neandertalca.

Glavni oslonac istraživanju drevne DNK pre 2010. bila je tehnika koja se naziva polimerazna lančana reakcija (PCR).

Ovo je uključivalo izbor delova DNK koji će biti cilj i zatim sintetizovanje fragmenata DNK približne dužine dvadeset slova koji se podudaraju sa genomom sa svake strane ciljanog segmenta.

Ovi jedinstveni fragmenti izabiru ciljani deo genoma, koji se onda udvostručuju više puta pomoću enzima. Efekat je taj da se delić celokupnog DNK uzorka pretvori u veliku sekvencu.

Ovaj metod odbacuje najveći deo DNK (deo koji nije ciljan). Uprkos tome, on može da izdvoji bar nešto DNK koji je od interesa. Novi pristup izdvajanju drevne DNK bio je radikalno drugačiji.

Zasnivao se na sekvenciranju celokupne DNK u uzorku, nezavisno od dela genoma iz kojeg potiče, i bez prethodnog odabiranja DNK baziranog na ciljanim sekvencama.

Koristio je sirovu snagu novih mašina, koje su od 2006. do 2010. smanjile cenu sekvenciranja najmanje za oko deset hiljada puta.

Računari su mogli da obrađuju podatke kako bi se sastavio najveći deo genoma ili alternativno da se izabere gen od interesa.

Da bi novi pristup delovao, Pabovom timu je trebalo da prevaziđe više izazova.

Prvo, trebalo je da nađu kost iz koje su mogli da izdvoje dovoljno DNK. Antropolozi često rade sa fosilima – kostima koje su potpuno mineralizovane i okamenjene.

Ali nije moguće dobiti ni najmanju količinu DNK iz pravog fosila.

Pabo je zbog toga tražio kosti koje nisu potpuno mineralizovane, a sadržavale su organski materijal, uključujući i delove dobro sačuvane DNK.

Drugo, pretpostavljajući da je tim mogao da nađe zlatni uzorak sa dobro sačuvanom DNK, još uvek su morali da prevaziđu problem zagađenja uzorka mikropskom DNK, koja dolazi od bakterija i gljivica koje se ugrađuju u kosti nakon smrti pojedinca.

Oni doprinose najvećem delu DNK u većini drevnih uzoraka.

I na kraju, tim je morao da uzme u obzir verovatnoću zagađenja od strane istraživača – arheologa ili molekularnih biologa – koji su rukovali uzorcima i hemikalijama i možda na njima ostavili tragove svoje DNK.

Zagađenje je ogromna opasnost u izučavanju DNK drevnih ljudi.

Zagađene sekvence mogu da odvedu analitičare na pogrešan put zbog toga što su savremeni ljudi koji rukuju kostima u srodstvu, čak iako veoma dalekom, sa individuom koju sekvenciraju.

Tipičan delić DNK drevnog neandertalca iz dobro očuvanog uzorka je dug samo oko četrdeset slova, dok je učestalost razlika između savremenih ljudi i neandertalaca oko jedan na šesto slova, tako da je nekada nemoguće reći da li konkretni deo DNK dolazi iz kosti ili od nekoga ko je njome rukovao.

Zagađenje je svaki put izluđivalo istraživače DNK.

Na primer, Pabova grupa je 2006. sekvencirala oko milion slova DNK neandertalaca kao probu pre sekvenciranja celokupnog genoma.

Visok udeo sekvenci dolazio je od zagađenja od strane savremenih ljudi, što je ugrožavalo tumačenje podataka.

Inovatori na području proučavanja mešanja stanovništva

Savremene mere za minimizovanje mogućnosti zagađenja u analizi drevne DNK, koje su već bile počele da se primenjuju u proučavanju iz 2006. i koje su se kasnije još više razvile, uključivale su opsesivan skup mera opreza.

Za studiju iz 2010, u kojoj su Pabo i njegov tim uspešno sekvencirali nezagađeni neandertalski genom, svaku kost koju su ispitivali odneli su u čistu sobu, koju su prilagodili prema projektima za čiste prostorije koje se koriste u računarskoj industriji za proizvodnju mikročipova.

Iznad glave se nalazilo ultraljubičasto (UV) svetlo istog tipa kao ono koje se upotrebljava u hururškim salama, i uključivano je svaki put kad su istraživači bili odsutni da bi se zagađena DNK pretvorila u oblik koji ne može da bude sekvenciran (svetlo uništava i drevnu DNK na spoljašnjosti uzorka, ali istraživači buše ispod površine i tako mogu da pristupe onoj DNK koja nije uništena).

Vazduh je ultrafiltriran da bi se odstranile sićušne čestice prašine – sve što je veće od hiljadu puta umanjene ljudske vlasi – što bi moglo da zagadi DNK.

U prostoriji je povećan pritisak tako da je vazduh strujao od iznutra ka spolja da bi se uzorci zaštitili od bilo koje zagađujuće DNK koja bi iz spoljašnjosti dolebdela u laboratoriju.

U kompleksu su postojale tri odvojene prostorije.

U prvoj, istraživači su oblačili čista odela koja su pokrivala celo telo, navlačili rukavice i maske za lice.

U drugoj, stavljali su u komoru kosti odabrane za uzorkovanje, gde su bile izložene UV zračenju visoke energije, ponovo sa ciljem da pretvore zagađenu DNK koja je možda bila na površini u oblik koji se ne može sekvencirati.

Istraživači su zatim vadili unutrašnjost kostiju koristeći sterilisanu zubnu bušilicu, skupljali desetine ili stotine miligrama praha na aluminijsku foliju ozračenu UV zracima i taj prah smeštali u cev takođe ozračenu UV zracima.

U trećoj komori sipali su prah u hemijski rastvor koji je odvajao minerale kosti i proteine, i sipali rastvor preko čistog peska (silicijum dioksid), koji pod odgovarajućim uslovima vezuje DNK, a odvaja sastojke koji zagađuju hemijsku reakciju korišćenu za sekvenciranje.

Istraživači su zatim pretvorili dobijene deliće DNK u oblik koji je mogao da se sekvencira.

Prvo, oni su hemijski odstranili iskrzane krajeve delića DNK degradirane nakon desetina hiljada godina provedenih pod zemljom.

Posebnom merom za odstranjivanje zagađenja iznad onog koje je bilo upotrebljeno u studiji iz 2006, Pabo i njegov tim prikačili su veštački sintetizovanu sekvencu slova, hemijski barkod, na krajeve delića DNK. Bilo koja zagađena sekvenca koja je ušla u eksperiment nakon kačenja barkoda mogla je time da se razlikuje od DNK drevnog uzorka.

Završni korak bio je da se zakače molekularni adapteri na svaki kraj, što je omogućilo da delići DNK budu sekvencirani u jednoj od novih mašina koje su učinile sekvenciranje desetine hiljada puta jeftinijim od prethodne tehnologije.

Ispostavilo se da su tri najbolje očuvana uzorka neandertalca približno 40 hiljada godina stare kosti ruke i noge iz pećine Vindija u brdima Hrvatske.

Nakon sekvenciranja iz ovih kostiju, Pabov tim je našao da velika većina delića DNK koje su dobili potiče od bakterija i gljivica koje su naselile kosti. Ali, poredeći milione fragmenata sekvenci genoma današnjeg čoveka i šimpanze, našli su zlato među otpacima.

Ovi referentni genomi bili su kao slagalica, i dali su ključ da se poređaju sitni delići DNK koje su oni sekvencirali. Te kosti su sadržavale čak 4 odsto DNK drevnog čoveka.

Kad je Pabo 2007. shvatio da će moći da sekvencira ceo genom neandertalca, okupio je međunarodni tim stručnjaka sa ciljem da se obezbedi da analiza bude isto tako dobra kao podaci. Tako sam i ja uključen, zajedno sa svojim glavnim naučnim saradnikom, primenjenim matematičarem Nikom Patersonom.

Pabo nas je pozvao zato što smo se prethodnih pet godina dokazali kao inovatori na području proučavanja mešanja stanovništva. Tokom mnogih putovanja u Nemačku, imao sam važnu ulogu u analizama koje su dokazale ukrštanje neandertalaca i nekih savremenih ljudi.