Opsežna studija drevne DNK na gotovo 16.000 pojedinaca tijekom više od 10.000 godina u zapadnoj Euroaziji pokazuje da je prirodna selekcija znatno više utjecala na oblikovanje modernih ljudskih genoma nego što se prethodno pretpostavljalo.

Prethodne studije drevne ljudske DNK identificirale su samo 21 slučaj usmjerene selekcije — vrste prirodne selekcije koja nastaje kada određena verzija gena, primjerice ona koja omogućuje toleranciju na laktozu nakon dojenačke dobi, postane dovoljno korisna za preživljavanje i razmnožavanje te se prenosi na više potomaka od manje korisnih verzija, brzo se šireći kroz populaciju. Nedostatak dokaza upućivao je na to da je usmjerena selekcija bila rijetka od pojave suvremenih ljudi u Africi prije otprilike 300.000 godina i njihove podjele u različite populacijske skupine diljem svijeta.

Drevne bakterije iz leda starog 5.000 godina otkrivaju zašto antibiotici gube snagu

Kombinacijom dosad neviđene količine drevnih genomskih podataka i novih računalnih metoda, analiza pokazuje da je usmjerena selekcija utjecala na širenje ili smanjenje stotina genskih varijanti u zapadnoj Euroaziji od kraja ledenog doba. Nadalje, rezultati ukazuju na ubrzanje selekcije nakon prelaska ljudi s lova i sakupljanja na poljodjelstvo.

Studija potvrđuje važnost istraživanja drevne DNK za razumijevanje ljudske genetičke prilagodbe i temeljnih načela evolucijske biologije.

Freepik

Brojne identificirane genske varijante povezane su s kompleksnim fizičkim, psihološkim i društvenim osobinama, uključujući rizik od dijabetesa tipa 2 i shizofrenije. Daljnje istraživanje evolucije ovih osobina može unaprijediti razumijevanje ponašanja, zdravlja i bolesti te poboljšati terapijske pristupe. Ipak, suvremene definicije određenih osobina, poput kućanskog prihoda, nisu primjenjive na pretpovijesne kontekste, a trenutna analiza ne može utvrditi što je određenu varijantu činilo korisnom za preživljavanje u vrijeme njezina nastanka.

Nalaze, koje su predvodili istraživači s Harvarda, objavio je časopis Nature 15. travnja.

Sedam godina rada i 10.000 drevnih genoma

Od 2010. godine, kada su prvi put prikupljeni genomski podaci iz drevnih ljudskih ostataka, istraživanje drevne DNK značajno je proširilo razumijevanje odnosa između ljudi iz različitih vremenskih razdoblja i dijelova svijeta.

Genetičarima je, međutim, bilo izazovno iskoristiti potencijal te tehnologije za rasvjetljavanje načina na koji je prirodna selekcija oblikovala ljudsku genetičku varijabilnost, čak i u posljednjih 10.000 godina, kada postoji dovoljno dobro očuvanog genetskog materijala za opsežne studije.

Zašto se nakon IVF-a rađa više dječaka? Znanstvenici otkrili iznenađujući razlog

Nova studija prevladala je tu prepreku zahvaljujući dvjema inovacijama.

Prvo, Reichov laboratorij proveo je sedam godina gradeći zbirku DNK sekvenci drevnih ljudi koji su živjeli u zapadnoj Euroaziji, odnosno današnjoj Europi i dijelovima Bliskog istoka. Laboratorij je surađivao s više od 250 arheologa i antropologa kako bi objavio nove DNK podatke za 10.016 drevnih pojedinaca iz zapadne Euroazije. Uz to, uključeno je još 5.820 prethodno objavljenih drevnih sekvenci i 6.438 suvremenih.

"Ovaj jedan članak udvostručuje veličinu literature o drevnoj ljudskoj DNK," rekao je Reich, dodavši da je studija bila "usmjereni napor za popunjavanje rupa koje su ograničavale moć prethodnih istraživanja u otkrivanju selekcije."

Freepik

Druga inovacija, koju Reich smatra ključnom za uspjeh studije, bilo je Akbarijevo razvijanje novih računalnih metoda za izoliranje signala usmjerene selekcije od ostalih uzroka promjena učestalosti gena, kao što su migracije ljudi, miješanje populacija i slučajne genetske fluktuacije u malim populacijama.

Na kraju, signal koji je Akbari otkrio bio je vrlo slab — usmjerena selekcija odgovorna je za samo oko 2 posto svih promjena učestalosti gena. No čak i taj mali udio obuhvaća ogromnu količinu genetskog materijala.

479 genskih varijanti pod lupom — što je prirodna selekcija odabrala?

Akbari je identificirao 479 genskih verzija, odnosno alela, koji su bili snažno selektirani — bilo u korist ili protiv — u zapadnoeurazijskim genomima, te utvrdio kada i gdje su se određeni aleli počeli širiti kroz zapadnoeurazijski genski fond ili iz njega nestajati.

Rezultati pokazuju da se selekcija ubrzala nakon uvođenja poljodjelstva, što odražava prilagodbu ljudi na poljoprivredno okruženje i nova ponašanja.

Više od 60 posto pojedinačnih DNK varijanti koje su označene kao snažno selektirane — većinom jednostruke nukleotidne polimorfizme (SNP-ove) — imaju dokumentirane veze s današnjim ljudskim osobinama, poput:

• Svijetle boje kože i crvene kose
• Rizika od celijakije i Crohnove bolesti
• Imunosti na HIV infekciju i otpornosti na lepru
• Manje vjerojatnosti ćelavosti kod muškaraca
• Manjeg rizika od reumatoidnog artritisa i alkoholizma
• Posjedovanja verzije B proteina na crvenim krvnim stanicama koji određuju krvne grupe A, B i O te utječu na otpornost prema infekcijama bakterijama i virusima

Od bipolarnog poremećaja do tjelesne težine — neočekivane veze

U određenim slučajevima, skupine SNP-ova bile su istovremeno pod selekcijom, utječući na poligenske osobine. Neke promjene povećale su učestalost korisnih osobina, uključujući one koje se danas tumače kao osobine "zdravog raspona života" poput bržeg hoda, ili mjere kognitivnih funkcija poput rezultata na testovima inteligencije, kućanskog prihoda i godina školovanja.

Druge promjene smanjile su učestalost štetnih osobina, uključujući smanjen rizik od bipolarnog poremećaja i shizofrenije, niži postotak tjelesne masti te manju podložnost pušenju duhana.

Vraćaju li se zaboravljene bolesti? Dr. Venus o lepri, tuberkulozi i zdravlju stranih radnika

Neki SNP-ovi, poput onih koji su danas povezani s podložnošću tuberkulozi i multiploj sklerozi, u početku su povećavali, a zatim smanjivali svoju učestalost tijekom milenija, što ukazuje na promjene okolišnih pritisaka i korisnosti određenih osobina.

Istraživači su pronašli i neke naizgled nelogične veze — primjerice, glavni genetski čimbenik rizika za intoleranciju glutena naglo je porastao upravo nakon što su ljudi počeli uzgajati pšenicu.

Zašto ne smijemo brzopleto tumačiti rezultate

Autori naglašavaju da je potrebno uzeti u obzir nekoliko ključnih čimbenika prije tumačenja ovakvih nalaza.

Suvremene asocijacije varijanti ne predstavljaju nužno razloge zbog kojih se alel proširio u zapadnoeurazijskom genskom fondu. Neke osobine povezane sa SNP-ovima u modernim društvima nisu postojale u drevnim kontekstima, pa ne mogu objasniti izvorne selekcijske prednosti ili nedostatke. Varijanta koja danas korelira s kućanskim prihodom ili godinama školovanja mogla je imati sasvim drugačije značenje u kamenom dobu. Stoga ovi rezultati ne impliciraju da su Europljani evoluirali kako bi postali inteligentniji ili zdraviji.

Također, jedan SNP može utjecati na više osobina istovremeno — baš kao što ista genska varijanta koja povećava rizik od anemije srpastih stanica istodobno štiti od malarije. Stoga ono što danas bilježimo kao selekciju za jednu osobinu možda je zapravo bila selekcija za nešto sasvim drugo.

Novi horizonti: od medicine do zaštite životinja

Istraživački tim učinio je svoje podatke i metode slobodno dostupnima kako bi potaknuo nova istraživanja. Akbari napominje da je tim identificirao više od 7.600 genetskih lokacija koje imaju veću od 50 posto vjerojatnosti da su pravi primjeri usmjerene selekcije i koje zaslužuju daljnje istraživanje.

Rezultati bi mogli usmjeriti znanstvenike na otkrivanje novih genetskih čimbenika povezanih sa zdravljem i bolestima, što može unaprijediti procjenu rizika, prevenciju bolesti i razvoj novih terapija. Zanimljiva je i moguća primjena u razvoju genskih terapija — ako je varijanta koju znanstvenici žele "isključiti" bila snažno selektirana kroz tisuće godina, to je možda znak da treba biti oprezan.

Ribljom DNA protiv bora: Ovo je najčudniji beauty trend godine

Nove metode mogle bi se primijeniti i na istraživanje životinja — primjerice, za otkrivanje genetskih prilagodbi koje su stoku ili perad učinile pogodnima za domestikaciju, ili koje su pojedinim vrstama pomogle da se prilagode klimatskim promjenama.

Pogled prema istoku — hoće li se obrasci ponoviti?

Prema Reichu, najuzbudljiviji smjer daljnjih istraživanja je proširenje analize na druge populacije: "U kojoj mjeri ćemo vidjeti slične obrasce u istočnoj Aziji ili istočnoj Africi ili kod domorodačkih Amerikanaca u Mezoamerici i centralnim Andama?"

"Ovaj rad pokazuje koliko selekcija može biti složena i pruža priliku za razmatranje bogatstva varijacija u ljudskim populacijama," zaključio je Reich.