Med en imponerende teknisk bedrift har forskere udvundet og kortlagt kromosom DNA fra fossiler af tidlige forfædre til neandertalerne, der levede i Sima de los Huesos i Spanien for cirka 430.000 år siden.
DNA'et er med flere hundrede tusinde år det ældste DNA fra cellekernen af det tidligste menneske, man har kortlagt, og bringer os dermed tættere end nogensinde før på den forfader, vi deler med neandertalerne.
Studiet flytter datoen for, hvornår neandertalernes og vores linjer blev splittet mere end hundrede tusinde år tilbage i tiden, og dermed vælter fundet formentlig billedet af, hvem moderne mennesker er opstået fra.
»Det her er langt det ældste DNA fra en menneskelig slægtning eller forfader, der nogensinde er kortlagt, og vi kan nu begynde at sætte grænser for begivenheder i tidslinjen over menneskets evolution,« siger hovedforfatteren, som har ledet forskningen, dr. Matthias Meyer ved Max Planck Instituttet i Leipzig, Tyskland.
»Mennesket må allerede være splittet med neandertalerne for 550.000 år siden og formentlig endnu tidligere for 7-800.000 år siden.«
Studiet imponerer udenforstående forskere
De nye opdagelser vækker begejstring blandt andre forskere, der ikke har deltaget i studiet.
»Det her er et super spændende studie. Vi får nu et smugkig ind i en af de mest gådefulde og spændende perioder i vores egen historie, hvor Homo sapiens opstod som art,« siger direktør for Statens Naturhistoriske Museum professor Peter C. Kjærgaard.
»Det er virkelig utroligt imponerende, at de kan gå så langt tilbage i tiden og få kromosom DNA, det giver en vigtig brik i det store puslespil,« siger ekspert i fossil DNA dr. Hannes Schroeder ved Center for GeoGenetik på Københavns Universitet.
Også en af verden førende palæoantropologer, Chris Stringer ved Natural History Museum i London, England, er begejstret:
»Det kan vise, at Homo heidelbergensis måske alligevel ikke repræsenterer vores forfader, og den ældre Homo antecessor med sit moderne menneske lignende ansigt kan komme tilbage i billedet,« siger han, som ellers længe har peget på Homo heidelbergensis som bedste kandidat til vores forfader.
Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.
Knogleskakten Sima de los Huesos leverer mange fund
Matthias Meyer og kolleger har kortlagt DNA'et fra fund i en verdens største og formentlig vigtigste udgravninger af menneskelige forfædre: Sima de los Huesos – knoglegraven.
Sima de los Huesos – knoglegraven - er en 30 meter dyb lodret skakt i Atapuerca i det nordlige Spanien. Graven blev opdaget i 1983 og er bogstaveligt talt er fyldt med oldgamle menneskeskeletter.
Udgravningen, ledet af dr. Juan Luis Arsuaga ved Complutense Universitet i Madrid, gør hvert år nye fund, men status i dag er næsten 7.000 knoglelevn fra 28 individer, der levede for cirka 430.000 år siden.
Deres identitet har været meget omdiskuteret, men fra første færd har det stået klart, at de lignede neandertalere ud fra deres træk på tænder og store næsehuler.
De spanske forskere valgte derfor at kalde dem Homo heidelbergensis, som mentes at være neandertalernes og vores formodede forfader for cirka 400.000 år siden.
Denisovaen stikker en kæp i hjulet
Men sidst i 2013 blev billedet pludselig mere kompliceret, da det lykkedes Matthias Meyer og kolleger at kortlægge Sima-folkets mitokondrie-genom, som er en lillebitte del af vores arvemateriale, der alene nedarves gennem moderen.
LÆS OGSÅ: Verdens ældste menneske-DNA antyder, at historien skal skrives om
Dette genom var ikke tæt beslægtet med neandertalerne, men derimod med den nyligt opdagede søsterart denisovaen, hvis arvemateriale netop var kortlagt fra en fingerknogle, der var blevet fundet mange tusinde kilometer væk i en hule i Sibirien.
Det var gådefuldt og rejste flere værkværdige scenarier, for hvordan kunne DNA'et ’springe fra’ Sibirien til Spanien uden at være til stede i neandertalerne midt i mellem?
»Det her var en brik i puslespillet, som ikke rigtig passede ind i billedet, lige meget hvordan folk vendte og drejede den,« fortæller Hannes Schroeder.
Det stod klart, at svaret måtte findes i kromosomerne, som indeholder langt størstedelen af arvematerialet.
Matthias Meyer sagde dengang til videnskab.dk:
»Jeg helmer ikke, før vi har genomet. Det må være muligt, det er blot et spørgsmål om tid.«
Sima-folkets genom bliver kortlagt
Lige siden har alle ventet på kerne-DNAet fra Sima-folket, og nu efter 2 års hårdt arbejde har forskerne fået nok DNA ud af en nyopgravet hjørnetand og en lårbensknogle til at præsentere det.
»Det er et meget meget lille skridt mod hele genomet - vi taler faktisk om mindre end 0,1 procent,« skynder Matthias Meyer sig at sige.
Opgaven viste sig meget udfordrende, fordi DNA-molekylerne er nedbrudt til sørgeligt små stumper af 30-45 DNA-byggesten, der er lige på grænsen af, hvad teknologien kan kortlægge.
Dertil kommer problemet med forurening fra nutidige mennesker, så forskerne var nødt til at sortere alt DNA fra, som ikke bar karakteristiske kemiske ’aldringsskader’.
Alt i alt kunne de få fat i lige omkring 3,2 millioner DNA-baser af vores cirka 3,3 milliarder DNA-baser store genom.
»Ikke bare kortlægger vi ganske lidt, det, vi finder, er også i en elendig kvalitet,« siger Matthias Meyer og peger på, at man normalt vil kortlægge hver base 10-20-30 gange for at være sikker på identiteten, men her har de kun kortlagt 1 gang for 0,1 pct. af arvematerialet.
»Men det er godt nok til den første analyse, hvor vi kan se de store vigtige penselstrøg. Vi må så vente med de finere detaljer i billedet.«
Forskerne undersøger Sima-folkets slægtskab
Sima-DNA'et er så ringe, at forskerne ikke kan fæstne deres lid til identiteten af én enkelt position, så de er i stedet nødt til at se på gennemsnittet for at løse gåden fra 2013.
Det betyder, at de ser på, om Sima-folket er tættest beslægtet med neandertalere eller denisovaer i gennemsnit.
For at gøre det, lægger de først Sima-DNA'et til side og kigger alene på tre genomer af høj kvalitet fra menneske, neandertal og denisova, hvor hver base er kortlagt de 20-30 gange.
Hermed finder de punkter i arvematerialet, som kun findes i neandertaleren, men ikke i menneske eller denisova samt punkter i denisovaen, som ikke findes i de andre to.
Det er steder, hvor de to arter har den oprindelige DNA-base hos den fælles forfader, mens den sidste art har en ny afledt mutation.
De punkter er informative DNA-baser, og der er nogle hundrede tusinde af dem.
De leder så alle Sima-fragmenterne igennem for at finde nogle, som dækker et sådant informativt punkt, hvor man så kan se, om Sima-folket har neandertal eller denisova versionen.
Sima-folket lignede de tidlige neandertalere
Forskerne finder cirka 100 punkter, og selv om hver af dem måske er forkert, vil det gennemsnitlige billede over alle 100 ikke være det, og de viser, at Sima-folket i cirka 40 procent af gangene har neandertal versionen, og kun 8-10 procent har denisova versionen.
Med andre ord ligner de tidlige neandertalere.
»Nu kan vi udelukke, at Sima-folket var forfædre til både neandertal og denisova, og vi kan se, at de to linjer må være splittet op for 430.000 år siden. Det er vores vigtigste indsigt,« siger Matthias Meyer.
»Det giver os et vigtigt ankerpunkt i evolutionshistorien og viser, at denisova og neandertal må være splittet for cirka 500.000 år siden, mens vores linje med denisova og neandertaler formentlig splittede for 7-800.000 år siden.«
Det betyder kort sagt, at vores forfædre gik ned ad stien mod det moderne menneske 3-400.000 år tidligere, end de fleste forskere troede. De kan altså ikke være efterkommere af de Homo heidelbergensis-fossiler, som er fundet i Frankrig og Grækenland, og som kun er 350-400.000 år gamle.
En gåde, hvem der er vores forfader
For Chris Stringer er den nye viden både godt og dårligt nyt.
På den ene side kan han være fornøjet, fordi han længe har argumenteret for, at Sima-folket var tidlige neandertalere.
Men på den anden side må han revidere sit syn på vores fælles forfader.
»Jeg har indtil for nyligt argumenteret for en splittid omkring 400.000 år og har i mange år talt for, at den vidt udbredte art Homo heidelbergensis var vores fælles forfader, som udvikledes til neandertal i Europa og os (mennesker, red.) i Afrika,« siger Stringer.
»Nu peger det på, at kun de allerældste fossiler af Homo heidelbergensis potentielt kan være en fælles forfader.«
Han foreslår, at som alternativ, at den 0,8-1,2 mio. år gamle Homo antecessor, der blev fundet nær Sima de los Huesos, og som de spanske arkæologer tidligere har argumenteret for som en forfader, nu kan komme i spil.
»Forskningen må nu omstille fokus til fossiler 4-800.000 år gamle for at finde ud af, hvem der faktisk ligger på de respektive linjer,« siger Stringer.
Mitokondrie-DNA peger på mange migrationer
Meyer og kolleger bekræfter påny, at Sima-folkets mitokondrie-DNA er tæt beslægtet med denisovaen og ikke med neandertaleren.
Det er lidt af en gåde, men forskerne foreslår, at der er kommet et nyt indvandrende folk fra vores forfædres hjemland i Afrika for cirka 250.000 år siden.
Ligesom moderne mennesker senere gjorde, har det ukendte folk parret sig med de eksisterende neandertalgrupper og har erstattet den oprindelige mitokondrie-DNA linje i Europa.
Det nye folk nåede aldrig denisovaerne i Sibirien og Asien, hvor den gamle mitokondrielinje forblev.
»Det er rigtig spændende, at de foreslår en hypotese om udveksling af DNA mellem menneskets stamfædre og neandertalere for 250.000 år siden,« siger professor Rasmus Nielsen ved UC Berkeley i USA og peger på, at det kan vidne om mange tidligere udvekslinger af gener mellem forskellige mennesketyper.
Resultatet er i tråd med anden forskning om folkevandringer
Billedet falder godt i tråd med de seneste års forskning, som har vist, hvordan vores udviklingshistorie er præget af folkevandringer, hvor befolkninger som f.eks. agerbrugerne ankommer og i høj grad erstatter de eksisterende befolkninger.
Nu kan Meyer og kolleger så løfte en flig dybt tilbage i forhistorien og se de samme tegn på, at de ting, som skete i vores nyligere historie, også skete langt tilbage i tiden.
»Vi får nu antydningen af flere udvandringsbølger fra Afrika, som kan have født ind i en allerede eksisterende population, der var begyndt at være forskellig fra de afrikanske slægtninge, men ikke forskellig nok til at afværge reproduktionsdygtigt afkom,« siger Peter Kjærgaard.
»De tidlige neandertalere fra Sima de los Huesos bærer i deres gener begyndelsen af et svar på, hvordan vores nærmeste uddøde slægtninges historie har formet sig. Den hænger meget tæt sammen med vores egen. Og den er så fantastisk spændende, fordi vi endnu ikke ved, hvorfor nogle så tæt beslægtede arter som Homo sapiens på den ene side og neandertalere og denisovaer på den anden opstod på forskellige kontinenter og kom til at leve så relativt isoleret i så lang tid.«
Vores forfædres DNA gemmer svarene
Svarene gemmer sig i detaljerne og mere fossilt DNA fra tidlige mennesker.
»Det fantastiske er, at vi nu har et data punkt, men problemet er også, at vi kun har det ene data punkt,« siger Matthias Meyer og lover at fortsætte arbejdet med at kortlægge det fulde genom fra Sima-folket.
Drømmen er ikke bare at læse vores historie, men også at læse arvematerialet for, hvem der var vores egen linjes forfader.
Men her gør det nye studie ham mere tøvende.
»Det skuffende ved at have skubbet splitpunktet så langt tilbage i tiden er, at det måske ikke vil være muligt at få fat i så gammelt DNA. Måske kan vi, men jeg tror, vi skal være meget heldige at finde den helt rigtige prøve,« siger Matthias Meyer.
