Γενετιστής Βραβευμένος με Νόμπελ για Μελέτες Εξαφανισμένων Ανθρώπινων Προγόνων

Ο γενετιστής και εξελικτικός ανθρωπολόγος Svante Pääbo κέρδισε το φετινό Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής για την πρωτοποριακή του εργασία στο DNA εξαφανισμένων ανθρώπων και προγόνων του ανθρώπου. Οι αξιοσημείωτες ανακαλύψεις του, οι οποίες περιλαμβάνουν τον εντοπισμό μιας άγνωστης μέχρι τώρα ποικιλίας ανθρώπων που ζούσε δίπλα στους σύγχρονους ανθρώπους και τους Νεάντερταλ πριν από δεκάδες χιλιάδες χρόνια, είχαν επαναστατικό αντίκτυπο στην κατανόησή μας για την ανθρώπινη εξέλιξη.

Η ιστορία του πώς οι σύγχρονοι άνθρωποι εξαπλώθηκαν σε ολόκληρο τον πλανήτη και επινόησαν σύνθετους πολιτισμούς με την τέχνη και την τεχνολογία είναι γραμμένη στο γονιδίωμά μας. Μεγάλο μέρος του σύγχρονου Homo sapiens μας Το DNA είναι μοναδικό, αλλά σημαντικές αλληλουχίες μοιράζονται με τους Νεάντερταλ και άλλους προγενέστερους ανθρωπίνους. Επομένως, η κατανόηση των γενετικών διαφορών μας μπορεί να είναι εξαιρετικά σημαντική ως κλειδί για την κατανόηση του τι μας κάνει αυτό που είμαστε.

Επειδή όμως το γενετικό υλικό είναι εύθραυστο, το μεγαλύτερο μέρος του DNA που ανακαλύφθηκε στα αρχαία οστά είναι εξαιρετικά υποβαθμισμένο, χημικά τροποποιημένο και μολυσμένο με μόλυνση. Μέσα από πολλά χρόνια επίμονης προσπάθειας, ο Pääbo ανέπτυξε μια σειρά από νέες τεχνικές που κατέστησαν δυνατή την εξαγωγή, την αντιγραφή και την ανάγνωση του κατεστραμμένου DNA για την ανακατασκευή του αρχικού γονιδιωματικού περιεχομένου. Στην πορεία, καθιέρωσε τον νέο επιστημονικό κλάδο της παλαιογονιδιωματικής.

Ο Pääbo και οι συνεργάτες του έκαναν μια σειρά από θεμελιώδεις ανακαλύψεις που περιελάμβαναν την αλληλουχία ολόκληρου του γονιδιώματος του Νεάντερταλ λιγότερο από μια δεκαετία μετά τη δημοσίευση του πρώτου ανθρώπινου γονιδιώματος και την ανακάλυψη ενός νέου τύπου αρχαίου ανθρώπου, των Denisovans, που ήταν αδελφή ομάδα των Νεάντερταλ. Τα ευρήματά τους έδειξαν ότι οι σύγχρονοι άνθρωποι αναμειγνύονταν με τους Νεάντερταλ και τους Ντενίσοβαν σε σημαντικό βαθμό. Μερικές από τις αρχαίες παραλλαγές γονιδίων που αποκτήσαμε από αυτά είναι πιο συχνά παρούσες σε ορισμένους σύγχρονους πληθυσμούς. Η ύπαρξή τους βοηθά να εξηγηθεί, για παράδειγμα, γιατί μερικοί άνθρωποι είναι καλύτεροι στην καταπολέμηση ορισμένων ιών και γιατί κάποιοι είναι καλύτερα προσαρμοσμένοι να ζουν σε μεγάλα υψόμετρα.

«Οι ανακαλύψεις του Pääbo είχαν βαθύ αντίκτυπο στην κατανόηση της εξελικτικής ιστορίας μας και έχουν γαλβανίσει την έρευνα στην περιοχή», έγραψαν οι Gunilla Karlsson Hedestam και Anna Wedell, καθηγήτριες στο Ινστιτούτο Karolinska, σε ένα ιστορικό άρθρο σχετικά με το βραβείο.

Γιατί είναι τόσο δύσκολη η μελέτη του αρχαίου DNA;

Σχεδόν όλο το DNA που εξάγεται από αρχαία υπολείμματα υποβαθμίζεται σε μικρά θραύσματα. Το εξαιρετικά εύθραυστο μόριο DNA επηρεάζεται έντονα από τις υψηλές θερμοκρασίες, την οξύτητα στο έδαφος και άλλες σκληρές συνθήκες. Μια περαιτέρω επιπλοκή είναι ότι τα μικρόβια - ακόμα και οι ερευνητές που χειρίζονται τα απολιθώματα - μπορούν να τα μολύνουν με το δικό τους DNA, καθιστώντας δύσκολη τη διάκριση ποια γενετική πληροφορία στα λείψανα είναι πραγματικά αρχαία και ποια έχει σύγχρονη πηγή. Το να συνδυάζεις ένα αρχαίο γονιδίωμα είναι σαν να προσπαθείς να φτιάξεις ένα σύνθετο παζλ με κομμάτια που λείπουν και έχουν καταστραφεί και χωρίς καμία γνώση για το πώς θα μοιάζει τελικά το παζλ.

Πώς ο Svante Pääbo έφερε επανάσταση στον χώρο;

Πριν από τις ανακαλύψεις του Pääbo και των συναδέλφων του, οι περισσότερες γνώσεις μας για τους αρχαίους ανθρωπίνους και την εξέλιξή μας προέρχονταν από αναλύσεις οστών και τεχνουργημάτων που βρέθηκαν σε όλο τον κόσμο, όπως τα οστά του Νεάντερταλ που ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1856. «Πολλές ερωτήσεις, ωστόσο, θα μπορούσαν να μην απαντηθεί μόνο με ανάλυση αρχαίων οστών και τεχνουργημάτων», είπε ο Wedell κατά την τελετή απονομής του βραβείου Νόμπελ.

Μέσω νέων τεχνολογιών αλληλούχισης και προηγμένης υπολογιστικής ανάλυσης και με τη βοήθεια μιας διεθνούς ομάδας συνεργατών, ο Pääbo απέδειξε ότι είναι δυνατός ο προσδιορισμός της αλληλουχίας του DNA από οστά 40.000 ετών. Το 2010, αυτός και η ομάδα του δημοσίευσαν την πρώτη πλήρη αλληλουχία του γονιδιώματος του Νεάντερταλ, ένα κατόρθωμα που κάποτε θεωρούνταν αδύνατο. Το γονιδίωμα του Νεάντερταλ ανέστησε ένα κομμάτι της ιστορίας των αρχαίων προγόνων μας που έλειπε. Τα ευρήματά του αποκάλυψαν, για παράδειγμα, ότι υπήρχε ροή γονιδίων μεταξύ των Νεάντερταλ και του Homo sapiens , δηλαδή ότι κάποτε ανακατεύτηκαν και έκαναν παιδιά.

Πότε διαφοροποιήθηκαν οι σύγχρονοι άνθρωποι, οι Νεάντερταλ και οι Ντενίσοβαν;

Συγκρίνοντας τα γονιδιώματα αυτών των διαφορετικών ανθρωπίνων ειδών, η ομάδα του Pääbo υπολόγισε ότι οι σύγχρονοι άνθρωποι χωρίστηκαν από τους πιο αρχαϊκούς ανθρώπους πριν από περίπου 550.000-760.000 χρόνια και οι Νεάντερταλ και οι Ντενίσοβαν χωρίστηκαν σε ξεχωριστούς ομάδες πριν από 380.000-470.000 χρόνια.

Γιατί εξαφανίστηκαν οι Νεάντερταλ;

Οι Νεάντερταλ, ο πλησιέστερος πρόγονος του ανθρώπου, εξαφανίστηκαν περίπου 30.000-40.000 χρόνια πριν. Το ερώτημα γιατί αυτοί και οι Denisovans εξαφανίστηκαν ενώ Homo sapiens ευημερούσε και κατέλαβε τον πλανήτη εξακολουθεί να είναι ένα μεγάλο μυστήριο. Πολλές θεωρίες που βασίζονται σε μελέτες που εξετάζουν τις γενετικές διαφορές στις τρεις ομάδες ανθρωπίνων στοχεύουν να το εξηγήσουν. Μια σημαντική θεωρία είναι ότι ως Homo sapiens ανέπτυξαν μεγαλύτερους πληθυσμούς, οι Νεάντερταλ αφομοιώθηκαν σε αυτούς.

Άλλοι πιθανοί λόγοι για την εξαφάνιση των Νεάντερταλ θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν γνωστικές ή πολιτισμικές διαφορές - ή ακόμα και την ικανότητα να είναι δημιουργικοί. «Είναι δύσκολο σε αυτό το σημείο να πούμε με μεγαλύτερη ακρίβεια ποιες είναι αυτές οι διαφορές, αλλά αυτό που μπορούμε να πούμε [είναι] ότι πρέπει να υπάρχουν», δήλωσε ο Thomas Perlmann, γενικός γραμματέας της Συνέλευσης Νόμπελ, κατά τη διάρκεια της συνεδρίασης ερωτήσεων και απαντήσεων του η ανακοίνωση. "Και χάρη στο έργο του Svante Pääbo, έχουν πλέον χαρτογραφηθεί και ταυτοποιηθεί."

Πώς ανακαλύφθηκαν οι Denisovans;

Το 2008, οι αρχαιολόγοι ανακάλυψαν ένα οστό δακτύλου στο σπήλαιο Denisova στα βουνά Altai της νότιας Σιβηρίας. Ο Pääbo και η ομάδα του εξήγαγαν μιτοχονδριακό DNA (mtDNA) από το οστό του δακτύλου και το συνέκριναν με αλληλουχίες mtDNA που ελήφθησαν από Νεάντερταλ, σύγχρονους ανθρώπους, έναν πρώιμο άνθρωπο από το Πλειστόκαινο, έναν μπονόμπο και έναν χιμπατζή.

Βρήκαν ότι το mtDNA από το δείγμα των οστών του δακτύλου διέφερε από αυτό των σύγχρονων ανθρώπων κατά μέσο όρο 202 νουκλεοτίδια (τα μόρια που αποτελούν τον κώδικα του DNA) και από αυτό των χιμπατζήδων κατά μέσο όρο 1.462 νουκλεοτίδια. Το 2010, η φυλογενετική ανάλυση - μια μέθοδος που δείχνει πώς οι γενετικές αλλαγές οδηγούν στην εξέλιξη διαφορετικών ειδών ή ομάδων - επιβεβαίωσε ότι είχε βρεθεί ένα νέο είδος αρχαίου ανθρώπου, που ονομάστηκε Denisovans από το σπήλαιο. Το Denisovan hominin που είχαν μελετήσει φαίνεται ότι ζούσε σε κοντινή απόσταση από τους Νεάντερταλ και τους σύγχρονους ανθρώπους.

Τι μπορούν να μας διδάξουν οι αρχαίες γενετικές παραλλαγές για τη σύγχρονη φυσιολογία;

Τώρα ξέρουμε ότι υπήρξε μια εποχή στην ιστορία όπου Homo sapiens , Ντενισόβαν και Νεάντερταλ ανακατεύτηκαν. Τα στοιχεία της διασταύρωσής τους εμφανίζονται ως ίχνη γενετικών παραλλαγών που εμφανίζονται πιο συχνά σε ορισμένες ομάδες ανθρώπων σε όλο τον κόσμο σήμερα. Αυτές οι παραλλαγές φαίνεται ότι παρέμειναν σε αυτές τις ομάδες κυρίως επειδή πρόσφεραν ένα πλεονέκτημα επιβίωσης σε άτομα που αντιμετωπίζουν ορισμένα σκληρά περιβάλλοντα και παθογόνα.

Για παράδειγμα, ένα γονίδιο που ονομάζεται EPAS1 χρονολογείται από τους Ντενίσοβαν και βρίσκεται στους σύγχρονους Θιβετιανούς. βοηθά τους ανθρώπους να επιβιώνουν σε μεγάλα υψόμετρα. Μια άλλη ομάδα γονιδίων που χρονολογείται από τους αρχαίους προγόνους μας πιστεύεται ότι εμπλέκεται στις αλλεργικές αντιδράσεις και στην αναγνώριση παθογόνων μικροβίων.

Ωστόσο, τα γονίδια που κληρονομήσαμε από τους αρχαίους προγόνους μας δεν είναι πάντα ωφέλιμα. Το 2020, ο Pääbo και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι τα άτομα με ορισμένες αρχαίες παραλλαγές μπορεί να διατρέχουν μεγαλύτερο κίνδυνο αναπνευστικής ανεπάρκειας κατά τη διάρκεια λοιμώξεων SARS-CoV-2. (Αλλά το 2021 ανακάλυψαν μια άλλη περιοχή που κληρονόμησε από τους Νεάντερταλ που σχετιζόταν με την προστασία έναντι του σοβαρού Covid-19.) Αυτές οι παραλλαγές γονιδίων μπορεί να είχαν επιζήσει επειδή οι συνθήκες που τις έκαναν επιζήμιες δεν υπήρχαν συνεχώς.

Ποιος κέρδισε τα βραβεία Νόμπελ στη Φυσιολογία ή την Ιατρική τα τελευταία χρόνια;

Ο David Julius και ο Ardem Patapoutian τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής 2021 για τις ανακαλύψεις τους σχετικά με το πώς ανιχνεύουμε τη θερμότητα και την αφή. Το 2020, οι Harvey Alter, Michael Houghton και Charles Rice κέρδισαν το βραβείο για την ανακάλυψη της αιτίας μιας σημαντικής ηπατικής νόσου. Το βραβείο 2019 κέρδισε ο William G. Kaelin Jr., το Dana-Farber Cancer Institute, ο Peter J. Ratcliffe και ο Gregg L. Semenza για την εργασία τους που διευκρινίζουν πώς τα κύτταρα προσαρμόζονται σε χαμηλά επίπεδα οξυγόνου. Το 2018, ο James P. Allison και ο Tasuku Honjo μοιράστηκαν το Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής για την ανάπτυξη τρόπων απελευθέρωσης του ανοσοποιητικού συστήματος πιο αποτελεσματικά ενάντια στους καρκίνους. Και το 2017, ο Jeffrey C. Hall, ο Michael Rosbash και ο Michael W. Young μοιράστηκαν το βραβείο για την έρευνά τους στον μοριακό μηχανισμό που οδηγεί τον κιρκάδιο ρυθμό.