Omul de Neandertal, într-o lumină nouă

Printr-o descoperire tehnologică de ultimă oră a fost dezvăluit sistemul genelor-comutator la oamenii de Neanderthal, ceea ce permite o evaluare a vieţii lor mentale. Putem vedea în premieră care sunt diferenţele subtile la nivel cerebral faţă de hominizii precursori nouă.

OASELE. Asta este tot ceea ce ne-a rămas după atâtea milenii de la oamenii de Neanderthal şi de la mai rar întâlniţii Denisovani, despre care se cunoaşte şi mai puţin. Până de curând, principalele descoperiri acumulate din studiul acestor oase au fost de natură fizică: de exemplu, cam cum ar fi putut arăta “verii” noştri şi cum se mişcau ei. Dar ştiinţa genetică de ultimă oră a schimbat această situaţie.

Acum putem vedea, pentru prima oară, care gene sunt active la om, dar nu erau la omul de Neanderthal sau la Denisovani şi viceversa. Descoperirile indică diferenţe subtile între structura şi funcţia creierului nostru şi cel al oamenilor de Neanderthal.

Cercetarea prezentată recent la întrunirea Societăţii de Biologie Moleculară şi Studiul Evoluţiei din Chicago arată că, după ce strămoşii noştri s-au desprins din omul de Neanderthal şi din Denisovani, genele lor legate de abilităţile cognitive au evoluat diferit. Multe dintre aceste gene sunt asociate cu tulburări mentale la oamenii moderni.

Pentru a afla care gene sunt active şi care nu, trebuie studiat epigenomul, sau etichetele chimice „metil” ale genelor. Genomii, prin contrast, arată doar secvenţa de bază a genelor. Liran Carmel de la Universitatea Ebraică din Ierusalim, Svante Pääbo de la Institutul  Max Planck pentru Antropologie Evoluţionistă din Leipzig, Germania şi colegii lor au analizat epigenoamele Neanderthalienilor şi Denisovanilor şi le-au comparat cu cele ale oamenilor moderni.

Modelele de metilare modificată sunt deseori asociate cu boala, în special cu cancerul şi cu tulburările mentale. Astfel, abordarea lui Carmel s-ar putea să ne ofere o perspectivă fără precedent privind capacităţile mentale şi comportamentul speciilor hominide dispărute: dacă o genă cauzează tulburări mentale la oameni, atunci variaţiuni în secvenţa ei sau în modelul de expresie la altă specie ne-ar putea spune câte ceva despre capacităţile lor mentale. ”Acest fapt ne transpune într-o cu totul altă lume”, a spus Sarah Tishkoff de la Universitatea Pensilvania din Filadelfia, care nu a participat în mod direct la acest studiu.

Carmel şi colegii săi au descoperit că epigenomul era în proporţie de aproximativ 99% identic la toate cele trei specii. Dar, analizând îndeaproape cam 700 de zone care variau, s-au descoperit câteva modele uluitoare. La mai mult de 200 dintre acestea, Neanderthalienii şi Denisovanii aveau acelaşi tip de metilare, în timp ce oamenii prezintă exact modelul opus, ceea ce sugerează că aceste diferenţe reprezintă cheia existenţei trăsăturilor noastre  umane unice. 

Multe dintre genele din aceste zone au un rol important privind imunitatea, metabolismul şi atunci când sunt defecte semnalează boala. Constatările preliminare sugerează că mai mult de jumătate din genele umane identificate ca având legătură cu boala sunt asociate cu boli psihice şi neurologice.

Aceste descoperiri vin în completarea unor studii anterioare. În 2012 echipa lui Pääbo a eşantionat genomul denisovan şi a constatat că oamenii au opt variante ale genei cheie care nu sunt comune cu Neanderthalienii sau Denisovanii şi care permit neuronilor să îşi propage semnalele mai departe în creier şi să se conecteze unul cu altul. Ele ar putea fi genele răspunzătoare pentru felul în care creierul strămoşilor noştri direcţi a devenit mai complex.

Toate aceste studii împreună sugerează că schimbările atât în modelele genetice, cât şi în modelele de activare ale genelor au fost de importanţă crucială în dezvoltarea unor creiere mai mari şi mai complexe la strămoşii noştri.

S-ar putea ca ele să ne fi ajutat, conferindu-ne un avantaj cognitiv. ”De exemplu, genele şi modelele de expresie ale genelor care dau abilităţi mai mari în domeniul comunicării şi al interacţiunii sociale, sau modificări în cunoaştere, ar fi fost evolutiv avantajoase pentru om”, este de părere Tishkoff.

Numai că dacă genele care conferă putere creierului nostru superinteligent nu funcţionează cum trebuie, ele pot crea tulburări mentale: la oameni variantele de schimbări în gena a opta identificate de Pääbo au fost asociate cu autismul.

”Dar nu înseamnă neapărat că Neanderthalienii şi Denisovanii aveau trăsături de tip autist, a spus Thishkoff, deoarece condiţiile neurologice sunt complexe şi implică o multitudine de gene”.

Şi la urma urmei, rudele noastre acum dispărute s-au descurcat bine timp de zeci de mii de ani.

Dar aceste descoperiri arată felul în care creierele lor erau conectate în mod diferit. ”Deţinem foarte puţine informaţii cu privire la cultura şi capacităţile cognitive ale Neanderthalienilor”, a spus Philipp Khaitovich de la Academia Chineză de Ştiinţe din Shanghai, şi în această privinţă epigenomul devine util.

Arheologul Richard Klein de la Universitatea Stanford din California speră ca epigenoamele omului de Neanderthal şi Denisovanilor împreună cu secvenţierea genomului acestora să ne poată dezvălui de ce oamenii i-au întrecut în abilităţi pe verii lor şi s-au răspândit pe tot globul.

”Un următor pas interesant ar putea fi analiza unui epigenom de cimpanzeu”, a spus Soojin Yi de la Institutul de Tehnologie Georgia din Atlanta, care nu a participat la ultimele cercetări. Această analiză ne-ar putea dezvălui o serie de trăsături mentale ale strămoşului comun al oamenilor şi al Neanderthalienilor. În laboratorul lui Yi s-a descoperit deja că zonele genomului în care modelele de metilare ale cimpanzeului şi ale omului tind să difere sunt, de asemenea, cele asociate cu tulburări neurologice.

Dar oricât ar fi de revelatoare această tehnică, ea prezintă limitări, unele destul de importante.  Fiecare ţesut din organism are propriul său model de metilare, astfel că modelele din oase – sursa ADN-ului la toate cele trei specii – pot foarte bine să difere de cele din creier. Modelele de metilare diferă de asemenea între indivizi, şi sunt foarte puţini hominizi străvechi pentru care există ADN disponibil pentru secvenţiere. Indivizii analizaţi în cadrul acestui studiu pot să nu fie reprezentativi pentru specia lor.

James Noonan de la Universitatea Yale este de părere că pentru a dovedi faptul că diferenţele dintre modelele de metilare sunt importante, echipa de cercetători trebuie să introducă ADN-ul străvechilor hominizi în celule umane şi să vadă dacă celulele vor suferi vreo schimbare. Tishkoff crede că putem ”neanderthaliza” un şoarece inserându-i gene cu modele de metilare neanderthaliană şi compara efectul acestora cu un şoarece ”umanizat” prin acelaşi tip de procedeu.

De ce poate fi bună degradarea

Degradarea ADN-ului este unul dintre cele mai dificile obstacole în secvenţierea genomului străvechi. Dar s-a dovedit a fi un avantaj pentru cei care studiază epigenomii antici, precum Liran Carmel şi colegii săi de la Universitatea Ebraică din Ierusalim.

ADN-ul şi ARN-ul au cinci componente de bază: adenina, citozina, timina, guanina şi uracilul. În câteva mii de ani, citozina cu o etichetă de metil se degradează în timină, în timp ce citozina nemetilată devine uracil. În 2009, Adrian Briggs, care lucra pe atunci la Institutul Max Planck pentru Antropologie Evoluţionistă din Leipzig, Germania a inventat împreună cu colegii săi o metodă de secvenţiere a genomului străvechi care distinge timina originală din ADN-ul  existent în citozinele degradate, făcând posibilă studierea indirectă a epigenomilor – adică identificarea genelor care au fost activate şi a celor care au fost dezactivate ca rezultat al metilării – în oasele oamenilor de Neanderthal.

”Compararea epigenomilor animalelor dispărute ne-ar putea oferi o imagine despre schimbările cheie care au avut loc la primele mamifere”, este de părere Philipp Khaitovich de la Academia Chineză de Ştiinţe din Shanghai, cum ar fi momentul când mamiferele femele au început să metileze un întreg cromozom X pentru a-l dezactiva, fapt ce previne o ”supradoză de genă” la puii acestora.

Cum am evoluat diferenţiindu-ne de cimpanzei

Într-o lume ideală, ar trebui să fim capabili să comparăm genele activate sau dezactivate din creierele noastre cu cele ale omului de Neanderthal sau ale altor specii. Dar tot ce ne-a rămas de la verii noştri dispăruţi sunt oasele. 

Astfel că Soojin Yi de la Institutul de Tehnologie Georgia din Atlanta s-a aventurat şi mai departe în timp împreună cu colegii săi şi din istoria evoluţiei a ales să compare modele de activare a genelor sau epigenomi la cimpanzei şi la oameni în cortexul prefrontal. Această zonă a creierului este foarte dezvoltată la oameni şi este sediul abilităţilor noastre cognitive unice. S-a pornit de la ideea că acest tip de analiză ar putea oferi o imagine de ansamblu cu privire la schimbările care s-au petrecut după ce strămoşii noştri s-au separat de cei ai cimpanzeilor, cu milioane de ani în urmă.

”În zonele epigenomice care diferă între specii, creierul uman conţine aproape de cinci ori mai multe gene, care au legătură cu dezvoltarea timpurie a creierului şi acest lucru nu poate fi întâmplător”, a spus Yi. Defectele prezentate de aceste gene au legătură cu problemele cu care s-au confruntat în etapele de început ale dezvoltării creierului. Oamenii au, de asemenea, de 3,5 ori mai multe gene asociate cu autismul.

Astfel că, în timp ce creierele noastre deveneau mai mari şi mai inteligente, se pare că schimbările evoluţioniste au creat şi condiţii favorabile apariţiei unor probleme neurologice, cum ar fi autismul sau schizofrenia.