Nu kan forskere aflæse europæernes evolution i fossilt DNA

Det er 157 år siden, at Darwin formulerede evolutionsteorien. Siden har man opdaget menneskets gener, og nu kan forskerne se, hvordan historien har formet generne.

Med fossilt DNA fra 230 oldtidsmennesker er det lykkedes et hold forskere at følge europæernes arvemateriale, helt tilbage fra da de første agerbrugere ankom for ca. 8.000 år siden. Målet har været at undersøge, hvordan DNA'et ændres op gennem historien og frem til i dag.

»Vi kan faktisk se evolutionen ske, og det er meget spændende,« siger postdoc Iain Mathieson ved Harvard Medical School, USA, som er førsteforfatter på det nye studie.

Det er første gang, at forskere har nok DNA-prøver fra forskellige menneskelevn, til at de kan se, hvordan dele af menneskets arvemateriale ændrer sig som resultat af den naturlige selektion.

»Vi er kommet til et vendepunkt i DNA-forskningen. Efter nogle år med sensationelle gennembrud på individniveau, ser vi nu en populationshistorie tegne sig, der snart kan måle sig med arkæologi og andre historiske videnskaber,« siger professor Peter C. Kjærgaard, direktør for Statens Naturhistoriske Museum, som ikke selv har deltaget i studiet.

Også ekspert i fossil DNA, lektor Martin Sikora ved Center for Geongenetik på Statens Naturhistoriske Museum, er begejstret.

»Jeg synes det er meget spændende. For bare to år siden havde vi kun en håndfuld individer fra Europa, og i dag er det muligt at lave detaljerede analyser med hundredvis af individer på tværs af tid og rum,« siger Martin Sikora.

Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.

8.000 år langt menneske-eksperiment

Hvis man vil studere, hvordan evolutionen virker, kan man lave eksperimenter på bakterier eller mus i laboratoriet og se, hvad der sker, når man ændrer deres kost eller omgivelser. Så kan forskerne følge dem i mange generationer og se, hvordan deres gener tilpasser sig i takt med, at tiden går.

Det kan man af åbenlyse grunde ikke gøre med mennesker. Og selv hvis man gjorde, ville eksperimentet vare i flere tusinde år. Problemet er løst med det fossile DNA, der nærmest fungerer som en evolutionær tidsmaskine - indstillet til at starte forsøget 8.000 år tilbage i tiden.

»Nu har vi rejst tilbage og set på det eksperiment, der allerede er sket,« siger Iain Mathieson. »Vi kan for første gang se selektion ved at finde de dele af genomet, der ændrer sig hurtigere end gennemsnittet i løbet af de sidste 8.000 år.«

I perioden forekommer det største, og måske vigtigste, skifte i menneskets historie, da vores forfædre går fra at være jæger-samlere til at blive fastboende bønder.

Overgangen medfører markante skift i kost, miljø og samfundsformer. Samtidig bliver vores forfædre ramt af nye sygdomme som følge af nærkontakt med husdyrene.

Europæere er et genetisk kludetæppe

For at se, hvordan det skifte former vores gener, har Mathieson og hans kollegaer udvundet DNA fra i alt 230 individer. De er begyndt med 26 agerbrugere, der levede for ca. 8.500 år siden i Anatolien i det nuværende Tyrkiet.

Individgruppen er spændende i sig selv, fordi det er første gang, man får et direkte indblik i DNA'et tæt på agerbrugets vugge. Derudover besvarer forskningen et spørgsmål, som har skabt anledning til stor debat. Kom agerbruget til Europa som en idé eller gennem en indvandring af mennesker?

»Nu har vi det endelige bevis for, at det var en stor indvandring,« siger Iain Mathieson.

DNA'et afslører nemlig, at de anatolske bønder er nærmest genetisk identiske med de tidligste levn af agerbrugere i Tyskland.

»Det fuldender billedet af, at det er neolitiske bønder fra Anatolien, der bevæger sig ind i Europa fra sydøst,« siger lektor Martin Sikora.

Europæere i dag er en blanding af de to meget forskellige grupper af oprindelige jæger-samlere og bønder. Over årtusinder væves grupperne sammen på kryds og tværs, og i bronzealderen blandes de desuden med de genetiske tråde fra et nomadefolk fra de russiske stepper.

Nutidens europæeres genetiske aner kan altså ses som et sammenvævet kludetæppe, hvor de genetiske tråde er meget vanskelige at udlede.

Her er det geniale med fossilt DNA, at man kan se på de enkelte tråde, inden de væves sammen.

Vi drak først mælk 5.000 år efter koen blev husdyr

Med de 230 individer kan Mathieson og hans kollegaer etablere en grov menneskelig tidslinje og tage temperaturen på udviklingen af det menneskelige arvemateriale.

Konkret kortlægger de fra hvert individ ca. 1,2 millioner genetiske markører, der knyttes til forskellige varianter (mutationer) af gener.

Dermed kan de gå tilbage i tiden og se, hvordan forekomsten af nogle gen-varianter skifter fra at være sjældne til at blive almindeligt udbredt, mens andre går fra at være almindelige til sjældne.
Forklaringen på de skiftende gen-varianter er ofte knyttet til kostvaner.

Det tydeligste eksempel på det, er udviklingen af evnen til at nedbryde mælkesukker som voksen og dermed drikke mælk fra husdyr (køer, får og geder).

Den udvikling er så signifikant, at den allerede var kendt før, men det sjove er, at evnen til at drikke mælk først slår igennem for omkring 4.000 år siden i bronzealderen og ikke, som man måske tror, da de anatolske bønder kom til Europa.

At varianten er så længe om at slå igennem hænger formentlig sammen med tilfældigheder, hvor mutationen først skal opstå og slå rod, inden den rigtig kan få fat. Men da først det sker, går det hurtigt.

»Den går fra nærmest nul til over 90 procent nogle steder i Europa på mindre end 100 generationer, altså et par årtusinder, og det er noget af det hurtigste, vi kender. Det vidner om en stærk selektiv fordel,« siger Mathieson.

Vigtige gen-varianter i fedt, hudfarve og højde

Forskerne kan også se, at skiftet fra jæger-samlernes 'palæo-kost' til agerbrugernes kost har selekteret for gen-varianter i fedtstofskiftet kaldet FADS1 og FADS2.

De samme gener viste den danske professor Rasmus Nielsen og hans kollegaer for nyligt var selekteret hos inuiter, som har en meget fedtrig kost. I Europa er der andre varianter af generne, og formentlig er det den modsatte historie i forbindelse med skiftet fra jæger-samlernes 'palæo-kost' til agerbrugernes mere kulhydratrige og fedtfattige kost.

»Det viser tydeligt, at det er to vigtige gener, når befolkninger tilpasser sig nye miljøer og ny kost,« siger Mathieson.

Der er desuden sket en selektion ved flere gen-varianter af immun-gener, hvilket kan tyde på, at nye sygdomme er opstået. Forskerne kan ikke sige, hvilke sygdomme, der er årsag til selektionen, men det er formentlig sygdomme, som er opstået i forbindelse med husdyrene.

Her kommer vores forfædre i nærkontakt med dyrenes mikroorganismer, som derfor har fået mulighed for at krydse arts-barrieren og blive til menneskesygdomme.

Forskerne har desuden fundet en selektion på vores udseende, som forklarer, hvorfor europæerne har lys hud, øjenfarve og højde.

Ingen af os i dag ligner de gamle forfædre

De største overraskelser gemmer sig på det mere overordnede plan, hvor forskerne får et andet billede af vores evolutionære historie, end hvad de hidtil har troet.

En europæer i dag er en blanding mellem de to meget forskellige grupper, jæger-samlere og agerbrugere, og derfor har man indtil nu antaget, at hver gruppe så at sige har bidraget med hver deres pakke af forskellige mutationer til os i dag.

»Men det er faktisk ikke rigtigt,« siger Iain Mathieson. »Det er ikke sådan, at eksempelvis bønderne bidrager med den lyse hud til os i dag.«

I stedet er de fleste af mutationerne til stede i både jæger-samlerne og agerbrugerne som sjældne gen-varianter, der først bliver almindelige, når omgivelserne ændrer sig, og der opstår selektion som fremelsker en gen-variant.

I forlængelse af det ligger en anden overraskelse. Når de sammenligner nutidens europæiske befolkninger genetisk med de gamle befolkninger, er det tydeligt, at vores genetiske kludetæppe i dag er vævet helt anderledes end for blot 4.000 år siden.

»De kombinationer af gen-varianter, vi finder i de gamle befolkninger, er simpelthen forskellige fra nogen kombinationer, man kan finde hos europæere i dag,« siger Mathieson.
»Det betyder, at vi både udseendesmæssigt og biologisk på vigtige områder er forskellige fra de gamle europæere til trods for, at vi er deres efterkommere.«

Det betyder kort sagt, at vi på de få årtusinder allerede har forandret os så meget, at vi faktisk ikke længere er som mennesker på eksempelvis Alexander den Stores tid.

»Vi er i gang med at udrede detaljerne, og genetikken er dermed for alvor på vej ind som centralt redskab i historieforskningen, og resultaterne er på vej ind i historiebøgerne,« siger Peter Kjærgaard.

Vi er et vandrende dyr

Studiet er indtil videre det første, der bruger fossilt DNA som en tidsmaskine til at rejse tilbage og se på, ikke bare hvor vi kommer fra, men også, hvordan vi mennesker ligesom alle andre dyr formes evolutionært af forandringer i vores omgivelser og levevis.

»Samlet set, fra hele vores store genetiske historie, tegner der sig et gennemgående billede af mennesket som et vandrende dyr. I den forstand er vi alle efterkommere af migranter,« siger Peter Kjærgaard.

Studiet er kun begyndelsen og viser os, hvad vi kan vente meget mere af de kommende år.

Iain Mathieson håber, at der kommer nye studier fra resten af verden, hvor mennesker har tilpasset sig alle tænkelige miljøer fra de tropiske regnskove til de højeste bjerge og fra ørkenen til det iskolde arktiske miljø.

»Så vil vi kunne sige, hvordan mennesket har kunnet tilpasse sig hele verden og få et generelt billede af grænserne for menneskets tilpasning,« siger han.