Svante Paabo: wat DNA vertelt over de Neanderthaler in ons

Uit de resultaten van een massieve, wereldwijde studie toont geneticus Svante Pääbo aan de hand van het DNA aan dat de vroege mensen zich met Neanderthalers vermengden nadat wij ons vanuit Afrika hadden verspreid. (Ja, velen van ons hebben Neanderthaler-DNA.) Hij toont ook aan hoe een uiterst klein stukje bot van een babyvinger genoeg was om een geheel nieuwe mensensoort te identificeren.

Ik wil met jullie praten

over wat we kunnen leren van het bestuderen

van de genomen van levende

en uitgestorven mensen.

Maar eerst

wil ik even in herinnering brengen wat je al weet:

dat onze genomen, ons erfelijk materiaal in ons lichaam,

in bijna alle cellen in de chromosomen

in de vorm van DNA zijn opgeslagen.

Dit is de beroemde dubbele-helixmolecuul.

De genetische informatie

is opgeslagen in de vorm van een reeks

van vier basen

afgekort voorgesteld met de letters A, T, C en D.

De informatie is er dubbel aanwezig -

een reeks op elke streng -

wat belangrijk is, want als er nieuwe cellen

worden gevormd, gaan deze strengen uit elkaar,

nieuwe strengen worden gesynthetiseerd met de oude als sjablonen

in een bijna perfect proces.

Maar niets in de natuur

is natuurlijk helemaal perfect,

dus wordt er soms een fout gemaakt

en een verkeerde letter ingebouwd.

We kunnen dan het resultaat

van deze mutaties zien

wanneer we DNA-sequenties,

bij ons hier bijvoorbeeld, vergelijken.

Als we mijn genoom vergelijken met jullie genoom

dan zal er ongeveer om de 1200, 1300 letters

een verschil tussen ons opduiken.

Deze mutaties zullen zich bijna evenredig

in de loop van de tijd ophopen.

Vergeleken met een chimpansee zullen we meer verschillen zien.

Ongeveer een letter per honderd

zal verschillen van een chimpansee.

Als je dan geïnteresseerd bent in de geschiedenis

van een stukje DNA, of het hele genoom,

kan je de geschiedenis van het DNA

uit deze waargenomen verschillen reconstrueren.

Meestal beelden we onze ideeën over deze geschiedenis af

in de vorm van bomen zoals deze hier.

In dit geval is het heel simpel.

De twee menselijke DNA-sequenties

gaan terug naar een vrij recente gemeenschappelijke voorouder.

Verder terug is er een gemeenschappelijke met de chimpansees.

Omdat deze mutaties

zich min of meer gelijkmatig in de tijd voordoen,

kan je deze verschillen

herleiden naar schattingen van de tijdsduur.

Zo kunnen twee mensen

een gemeenschappelijke voorouder van ongeveer een half miljoen jaar geleden delen.

Met chimpansees

zal dat in de orde van vijf miljoen jaar geleden zijn.

In de laatste paar jaar zijn er

technologieën ontwikkeld

waarmee vele, vele stukjes DNA erg snel kunnen worden bekeken.

In enkele uren tijd

kan een heel menselijk genoom worden bepaald.

Ieder van ons heeft natuurlijk twee menselijke genomen -

een van onze moeders en een van onze vaders.

Ze zijn ongeveer drie miljard van dergelijke letters lang.

We zullen zien dat de twee genomen in mij

of een genoom van mij dat we willen gebruiken,

ongeveer drie miljoen verschillen

of iets van die orde zal bevatten.

Ook wordt het mogelijk

om te zeggen hoe deze genetische verschillen

verspreid zijn over de hele wereld.

Zo vind je

een zekere mate van genetische variatie in Afrika.

Buiten Afrika

vind je minder genetische variatie.

Dit is natuurlijk verrassend

omdat er zes tot acht keer minder mensen

in Afrika dan buiten Afrika leven.

Maar de mensen in Afrika

vertonen meer genetische variatie.

Bovendien hebben bijna al deze genetische varianten

die we buiten Afrika zien

nauw verwante DNA-sequenties

met die in Afrika.

Maar als je in Afrika kijkt,

is er een onderdeel van de genetische variatie

dat geen naaste verwanten erbuiten heeft.

Het model om dit uit te leggen

is dat een deel van de Afrikaanse variatie, maar niet alles,

is vertrokken en de rest van de wereld heeft gekoloniseerd.

Samen met de methoden om deze genetische verschillen te dateren,

heeft dit geleid tot het inzicht

dat de moderne mens -

mensen die in wezen niet te onderscheiden zijn van jou en mij -

vrij recent in Afrika evolueerde,

tussen de 100.000 en 200.000 jaar geleden.

Later, tussen 100.000 en 50.000 jaar geleden of zo,

gingen ze weg uit Afrika om

de rest van de wereld te koloniseren.

Ik zeg vaak

dat wij, vanuit genomisch perspectief,

allemaal Afrikanen zijn.

We leven vandaag de dag ofwel in Afrika

of in vrij recente ballingschap.

Een ander gevolg

van deze recente oorsprong van de moderne mens

is dat de genetische varianten

over het algemeen

wijd verspreid zijn in de wereld.

Ze hebben de neiging te variëren als gradiënten,

vanuit vogelperspectief tenminste.

Aangezien er vele genetische varianten bestaan

en ze verschillende dergelijke gradiënten vertonen,

betekent dit dat als we een DNA-sequentie bepalen -

een genoom van een individu -

we vrij nauwkeurig kunnen inschatten

waar die persoon vandaan komt,

op voorwaarde dat de ouders of grootouders

niet te veel hebben rondgereisd.

Maar betekent dit dan,

zoals veel mensen de neiging hebben om te denken,

dat er enorme genetische verschillen bestaan tussen groepen mensen -

op de verschillende continenten, bijvoorbeeld?

Nu kunnen we deze vragen ook beginnen te stellen.

Er is bijvoorbeeld een project gestart

om de sequentie op te stellen van een duizendtal individuen -

hun genoom - uit verschillende delen van de wereld.

Ze hebben dat gedaan voor 185 Afrikanen

van twee populaties in Afrika.

En voor ongeveer evenveel mensen

in Europa en in China.

We kunnen beginnen te zeggen hoeveel variantie we vinden,

hoeveel letters die variëren

in ten minste een van die afzonderlijke sequenties.

Het zijn er veel: 38 miljoen variabele posities.

Maar we kunnen vragen: zijn er absolute verschillen

tussen Afrikanen en niet-Afrikanen?

Misschien was dat wel het grootste verschil

waaraan de meesten van ons zouden denken.

En met absoluut verschil -

en ik bedoel een verschil

waar de mensen in Afrika op een bepaalde positie,

waar alle individuen - 100 procent - een letter hebben,

en iedereen buiten Afrika een andere letter zou hebben.

Het antwoord daarop is dat op die miljoenen van verschillen

er niet één enkele dergelijke positie is.

Dit kan verrassend zijn.

Misschien werd een enkel individu of zo onjuist geclassificeerd.

Misschien kunnen we het criterium een beetje

minder streng maken en zeggen: hoeveel functies vinden we

waarop 95 procent van de mensen in Afrika

één variant hebben,

en 95 procent een andere variant,

en het aantal is 12.

Dit is dus zeer verrassend.

Het betekent dat wanneer we kijken naar mensen

en je ziet een persoon uit Afrika

en een persoon uit Europa of Azië,

we voor één enkele positie in het genoom met 100 procent nauwkeurigheid,

niet kunnen voorspellen welk gen de persoon zou hebben.

En alleen voor 12 posities

kunnen we hopen dat we voor 95 procent goed zouden zitten.

Dit kan verrassend zijn,

omdat we door te kijken naar deze mensen

heel gemakkelijk kunnen zeggen waar zij of hun voorouders vandaan kwamen.

Dit betekent nu

dat die eigenschappen waar we naar kijken

en zo gemakkelijk herkennen -

gelaatstrekken, huidskleur, haarstructuur -

niet bepaald worden door enkele genen met grote effecten,

maar bepaald worden door veel verschillende genetische varianten

die lijken te variëren in frequentie

tussen de verschillende delen in de wereld.

Er is nog iets met deze eigenschappen

die we zo gemakkelijk observeren bij elkaar

waarvan ik denk dat het de moeite waard is om te overwegen.

Dat is dat, in een zeer letterlijke zin,

ze echt aan de oppervlakte van ons lichaam zitten.

Ze zijn wat we net hebben gezegd -

gelaatstrekken, haarstructuur, huidskleur.

Er zijn ook een aantal kenmerken

die variëren tussen de continenten, zoals

die te maken hebben met hoe we voedsel verteren,

of die te maken hebben

met hoe ons immuunsysteem omgaat met microben

die proberen om ons lichaam binnen te vallen.

Maar dat zijn allemaal delen van ons lichaam

waar we heel direct contact maken met onze omgeving,

in een directe confrontatie, als je wil.

Het is gemakkelijk je voor te stellen

hoe vooral die delen van ons lichaam

snel werden beïnvloed door selectie uit de omgeving

en de frequenties van genen veranderden

die erbij betrokken waren.

Maar als we kijken naar andere delen van ons lichaam

zonder directe interactie met de omgeving -

onze nieren, onze lever, ons hart -

dan is er geen manier om te zeggen,

door alleen te kijken naar deze organen,

waar ter wereld ze vandaan zouden komen.

Er is nog een interessant iets

af te leiden uit dit besef

dat de mens een recente gemeenschappelijke oorsprong heeft in Afrika

en dat is dat toen deze mensen

ongeveer 100.000 jaar geleden of zo op het toneel verschenen,

zij niet de enigen op de planeet waren.

Er kwamen andere vormen van mensen voor,

de meest bekende misschien de Neanderthalers -

deze robuuste vormen van mensen.

Vergelijk het skelet links hier

met een modern menselijk skelet rechts.

Ze bestonden in West-Azië en Europa

al enkele honderdduizenden jaren.

Een interessante vraag is:

wat gebeurde er toen we elkaar ontmoetten?

Wat gebeurde er met de Neanderthalers?

Om dergelijke vragen te beantwoorden

werkt mijn onderzoeksgroep - sinds meer dan 25 jaar -

aan methoden om DNA te extraheren

van resten van Neanderthalers

en uitgestorven dieren

die tienduizenden jaren oud zijn.

Dit impliceert veel technische problemen,

over hoe je het DNA extraheert en

hoe je het converteert naar een vorm waarvan je de sequentie kan opstellen.

Je moet heel zorgvuldig te werk gaan

om te voorkomen dat je de experimenten

met DNA van jezelf verontreinigt.

Dit, in combinatie met deze methoden

die het mogelijk maken dat van heel veel DNA-moleculen zeer snel de sequentie wordt opgesteld,

liet ons vorig jaar toe

de eerste versie van het Neanderthalergenoom voor te stellen.

Jullie kunnen nu op het internet

het Neanderthalergenoom terugvinden.

Of in ieder geval de 55 procent ervan

die we tot nog toe konden reconstrueren.

We kunnen het nu vergelijken met de genomen

van de mensen van vandaag.

Je kan nu

vragen:

wat gebeurde er toen we elkaar ontmoetten?

Zijn we al dan niet met elkaar vermengd geraakt?

Daarom kijken we

naar de Neanderthaler uit Zuid-Europa

en vergelijken zijn genoom met de genomen

van de mensen die er vandaag de dag wonen.

We beginnen

met paren van individuen,

te beginnen met twee Afrikanen.

We kijken naar twee Afrikaanse genomen,

zoeken plaatsen waar ze van elkaar verschillen

en vragen in elk geval: hoe ziet dat van een Neanderthaler er uit?

Komt het overeen met dat van een van de Afrikanen?

We verwachten geen verschil

omdat de Neanderthalers nooit in Afrika zijn geweest.

Ze moeten gelijk zijn want er is geen reden om dichter

bij de ene dan bij de andere Afrikaan te liggen.

Dat is inderdaad het geval.

Statistisch gezien is er geen verschil

in hoe vaak de Neanderthaler overeenkomt met de ene of de andere Afrikaan.

Maar het is anders

als we kijken naar de Europeaan en een Afrikaan.

Dan komt

een Neanderthaler significant vaker overeen met de Europeaan

dan met de Afrikaan.

Hetzelfde geldt als we kijken naar een Chinees

en een Afrikaan.

De Neanderthaler zal vaker overeenkomen met de Chinees.

Dit kan ook verrassend zijn

omdat de Neanderthalers nooit in China waren.

Het model dat we hebben voorgesteld om dit uit te leggen

is dat wanneer de moderne mens uit Afrika kwam

ongeveer 100.000 jaar geleden,

ze Neanderthalers tegenkwamen.

Vermoedelijk eerst in het Midden-Oosten

waar Neanderthalers woonden.

Nadat ze zich dan met elkaar vermengden,

namen die moderne mensen,

de voorouders

van iedereen buiten Afrika,

deze Neanderthalercomponent met zich mee in hun genoom

naar de rest van de wereld.

Zodat vandaag de dag de mensen buiten Afrika

ongeveer twee en een half procent van hun DNA

van de Neanderthalers hebben.

Nu hebben we een Neanderthalergenoom

als referentiepunt

en de technologieën

om oude restanten te onderzoeken

en het DNA te extraheren.

We kunnen nu beginnen om deze kennis elders in de wereld toe te passen.

Voor het eerst hebben we dat gedaan in Zuid-Siberië

in het Altai gebergte

op een plaats Denisova genaamd.

In een grotsite op deze berg hier,

vonden archeologen in 2008

een heel klein stukje bot -

dit is er een kopie van -

uit het laatste kootje

van een pink van een mens.

Het was goed genoeg bewaard gebleven

om het DNA van deze persoon te bepalen.

Eigenlijk zelfs beter

dan voor de Neanderthalers.

We begonnen dit DNA te vergelijken met het Neanderthalergenoom

en met dat van de huidige mens.

We vonden dat de DNA-sequenties van deze persoon

een gemeenschappelijke oorsprong

hadden met die van de Neanderthalers van rond 640.000 jaar geleden.

Verder terug, zo’n 800.000 jaar geleden,

is er een gemeenschappelijke oorsprong

met de huidige mensen.

Deze persoon is dus afkomstig van een populatie

van dezelfde oorsprong als de Neanderthalers,

maar ver terug en na een lange onafhankelijke geschiedenis.

We noemen deze groep van mensen

die we dan voor het eerst beschreven

aan de hand van dit kleine, piepkleine stukje bot,

de Denisovans,

naar de plaats waar ze voor het eerst werden beschreven.

We kunnen dan dezelfde vragen stellen over de Denisovans

als over de Neanderthalers:

hebben ze zich vermengd met de voorouders van de huidige mensen?

Als we die vraag stellen,

en het Denisovangenoom vergelijken

met mensen van over de hele wereld,

vinden we verrassend genoeg

geen bewijs van Denisovan-DNA

bij alle mensen vandaag in de buurt van Siberië.

Maar we vinden het terug in Papoea-Nieuw-Guinea

en in andere eilanden in Melanesië en de Pacific.

Dit betekent waarschijnlijk

dat deze Denisovans meer verspreid waren in het verleden,

omdat we niet denken dat de voorouders van Melanesiërs

ooit in Siberië waren.

Door het bestuderen van

het genoom van uitgestorven mensen,

beginnen we te komen tot een beeld van hoe de wereld eruit zag

toen de moderne mens uit Afrika kwam.

In het Westen waren er Neanderthalers,

in het Oosten Denisovans -

misschien ook nog andere vormen van mensen

die we nog niet hebben beschreven.

We weten niet precies waar de grenzen tussen deze mensen lagen,

maar we weten dat in Zuid-Siberië

er ooit in het verleden

zowel Neanderthalers als Denisovans waren.

Dan ontstond ergens in Afrika de moderne mens.

Hij verliet Afrika, vermoedelijk naar het Midden-Oosten.

Ze ontmoeten de Neanderthalers, vermengden zich met hen

en verspreidden zich verder over de hele wereld.

Ergens in Zuidoost-Azië

ontmoetten ze de Denisovans en vermengden zich met hen

en reisden verder naar de Stille Oceaan.

Deze vroegere vormen van de mens verdwenen

maar ze leven vandaag een klein beetje verder

in sommigen van ons -

doordat mensen buiten Afrika twee en een half procent

van hun DNA van de Neanderthalers hebben

en mensen in Melanesië

ongeveer een extra vijf procent

van de Denisovans.

Betekent dat dan dat er

een aantal absolute verschillen zijn

tussen de mensen buiten Afrika en binnen Afrika

doordat mensen buiten Afrika

deze oude component van deze uitgestorven vormen

van de mens in hun genoom hebben,

terwijl dat niet zo is voor de Afrikanen?

Nou, ik denk niet dat dat het geval is.

Vermoedelijk ontstond de moderne mens

ergens in Afrika.

Ze verspreidden zich natuurlijk ook over Afrika

en er waren daar ook nog oudere, eerdere vormen van mensen.

Omdat we elders vermengd zijn,

ben ik er vrij zeker van dat op een dag,

wanneer we misschien ook een genoom

van deze eerdere vormen in Afrika zullen hebben gevonden,

we zullen zien dat ze ook vermengd waren

met vroege moderne mensen in Afrika.

Dus kort samengevat:

wat hebben we geleerd van het bestuderen van het genoom

van de huidige mensen

en de uitgestorven mensen?

We leerden misschien wel veel dingen,

maar een ding dat ik belangrijk vind om te vermelden, is

de les dat we ons altijd hebben vermengd.

We hebben ons vermengd met deze eerdere vormen van mensen,

waar we ze ook ontmoetten,

en we vermengden ons sinds die tijd altijd met elkaar.

Dank voor jullie aandacht.

(Applaus)