نئاندرتالها و دنیسووانها با نیاکان انسانهای مدرن آمیخته شدند و آثار قابل تشخیصی در دیانای ما بر جای گذاشتند. شواهد جدید نشان میدهد که انسانهای مدرن همچنین با دو گروه نیایی بسیار قدیمیتر و ناشناخته نیز آمیخته شدهاند.
در ژنوم انسانهای امروزی، قطعاتی از دیانای دو نیای ناشناخته انسان پنهان شده است. پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا در برکلی این مناطق ژنتیکی را به رویدادهای باستانی آمیختگی بین انسانهای مدرن و حداقل چهار گروه انسانی باستانی ردیابی کردند.
مطالعات قبلی نشان داده بود که انسانهای مدرن با انسانهای باستانی فراتر از نئاندرتالها و دنیسووانهای منقرضشده نیز آمیخته شدهاند. تحلیل جدید با مکانیابی دیانای به ارث رسیده از این جمعیتهای ناشناخته و تخمین زمان آمیختگی، فراتر میرود. برای کشف این روابط، پژوهشگران روشی ابداع کردند که شجرهنامههای باستانی را از صدها ژنوم انسان امروزی بازسازی میکند.
دو تبار ناشناخته وارد دیانای ما شدند
یک جمعیت ناشناخته، که بهعنوان نیای شبح توصیف میشود، قبل از ۵۰,۰۰۰ سال پیش با انسانهای مدرن در آفریقا آمیخته شد. این اتفاق قبل از مهاجرت اخیر هومو ساپینس از آفریقا به اروپا و آسیا رخ داد.
دیانای این تبار حدود ۱٪ از ژنوم انسان مدرن را تشکیل میدهد که تقریباً معادل مقدار به ارث رسیده از نئاندرتالهاست. تبار شبح حدود ۸۰۰,۰۰۰ سال پیش از نیاکان انسانهای مدرن جدا شد، تقریباً در همان زمانی که نئاندرتالها و دنیسووانها از هم جدا شدند، اگرچه آمیختگی آن با انسانهای مدرن زودتر رخ داد.
«انتشارات قبلی نشان داده بود که ممکن است تبار شبح وجود داشته باشد — تبارهایی از نیاکان باستانی ناشناخته در انسانهای مدرن — اما آنها نتیجه نگرفته بودند که آیا این تبار ناشناخته فقط در آفریقاییها وجود دارد یا نه، و این رویداد ورود ژنی چه زمانی رخ داده است»، گفت یولین ژانگ، دانشجوی کارشناسی ارشد برکلی و یکی از دو نویسنده اول این مطالعه. «ما در واقع توانستیم مکانهای ژنومی در انسانهای مدرن را که از این تبار شبح هستند پیدا و نقشهبرداری کنیم و نشان دهیم که این تبار شبح در همه انسانهای مدرن وجود دارد، نه فقط در آفریقاییها.»
دومین جمعیت ناشناخته، که نیای فوقباستانی نامیده میشود، به تبار انسانی بازمیگردد که ۱.۸ میلیون سال قدمت دارد. این تبار با دنیسووانها در اوراسیا آمیخته شد و دنیسووانها بعداً بخشی از آن دیانای فوقباستانی را از طریق آمیختگی با هومو ساپینس به انسانهای مدرن منتقل کردند.
«یافته فوقباستانی بهویژه هیجانانگیز است زیرا سهم ژنتیکی از تبار انسانی را نشان میدهد که بیش از یک میلیون سال پیش میزیسته، با وجود عدم وجود هرگونه دیانای توالییابیشده از آن جمعیت»، گفت آرجون بیداندا، پژوهشگر فوق دکترا در دانشگاه جانز هاپکینز و نویسنده هماول این مطالعه.
نتایج، دیدگاه رو به رشدی از تکامل انسان را تقویت میکند که در آن انسانهای مدرن اولیه بهطور مکرر با جمعیتهای انسانی خویشاوند در سراسر آفریقا و اوراسیا مواجه میشدند. این گروهها از نظر ژنتیکی به اندازه کافی شبیه بودند که در طول بخش بزرگی از یک میلیون سال گذشته فرزندان مشترکی تولید کنند.
«با دیانای باستانی نئاندرتالها و دنیسووانها و با این روشهای شجرهشناسی جدید، ما در حال یادگیری این هستیم که آمیختگی بین جمعیتهای انسانی در طول زمان بسیار فراگیر بوده است و این احتمالاً در مقیاسهای زمانی باستانی نیز صادق است»، گفت پریا مورجانی، دانشیار برکلی در زیستشناسی مولکولی و سلولی. «ما اغلب تکامل انسان را بهصورت یک درخت شاخهای تصور میکنیم، اما دادههای ژنومی جدید و روشهای تحلیلی، تاریخچه بسیار به هم پیوستهتری را نشان میدهند — بیشتر شبیه یک شبکه پیچیده از جمعیتها که با رویدادهای مکرر مهاجرت و آمیختگی به هم متصل شدهاند.»
هویت نیاکان شبح و فوقباستانی همچنان نامشخص است. با این حال، تاریخهای واگرایی تخمینی آنها با گروههای هومو پلیستوسن میانی که حدود ۸۰۰,۰۰۰ سال پیش در آفریقا زندگی میکردند و جمعیتهای هومو ارکتوس در اوراسیا در حدود ۱.۸ میلیون سال پیش همپوشانی دارد.
ژانگ، بیداندا، مورجانی و همکارانشان یافتههای خود را در ۳۰ ژوئیه در مجله Science منتشر کردند.
فسیلهای شناختهشده تنها بخشی را نشان دادند
انسانهای مدرنی که تقریباً ۵۰,۰۰۰ سال پیش آفریقا را ترک کردند، با نئاندرتالها و دنیسووانها در اوراسیا مواجه شدند و با آنها آمیخته شدند. هر دو تبار قدیمیتر در نهایت ناپدید شدند، اما بخشهایی از ژنوم آنها در فرزندان مدرنشان باقی ماند.
پژوهشگران آن تاریخ را با استخراج و توالییابی دیانای باستانی حفظشده در فسیلهای نئاندرتال و دنیسووان کشف کردند. با این حال، ژنوم انسان همچنین حاوی نشانههایی از آمیختگی بود که بسیار قدیمیتر به نظر میرسید.
شناسایی منبع آن سیگنالها دشوار بود زیرا هیچ دیانایی از سایر انسانهای منقرضشده که ممکن است آنها را ایجاد کرده باشند، بازیابی نشده است.
TRACE تبار را بدون فسیل بازسازی میکند
گروه مورجانی TRACE (ردیابی سهمهای باستانی از طریق تخمین گراف شجرهشناسی) را ایجاد کرد، روشی که دیانای باستانی را با استفاده از ژنومهای کامل افراد زنده به جای مواد ژنتیکی از فسیلهای باستانی جستجو میکند.
پژوهشگران ژنومهای جمعیتهای سراسر جهان را تحلیل کردند و یک گراف شجرهشناسی نوترکیبی (ARG) بازسازی کردند که نحوه اتصال بخشهای دیانای از طریق تبار مشترک در طول زمان را ترسیم میکند.
«شجرهنامهها رکوردی از گذشته تکاملی ما را حفظ میکنند»، گفت مورجانی. «TRACE آن تاریخها را در سراسر ژنوم بازسازی میکند. با شناسایی مناطقی که تبارشان بهطور غیرعادی به گذشتههای دور بازمیگردد، میتوانیم سهمهای ژنتیکی از جمعیتهای انسانی منقرضشده را حتی در غیاب دیانای باستانی کشف کنیم.»
بهعنوان یک آزمایش اولیه، TRACE برخی مناطق بسیار قدیمی را شناسایی کرد که با ژنوم توالییابیشده نئاندرتال مطابقت داشت. تبار نئاندرتال حدود ۱٪ از ژنوم انسان مدرن را تشکیل میدهد.
هنگامی که پژوهشگران بر افراد آسیا و اقیانوسیه تمرکز کردند، جمعیتهایی با مقادیر قابل توجهی از تبار دنیسووان، این روش همچنین مناطق شناختهشده ورود ژنی دنیسووان را بهدرستی مکانیابی کرد.
بسیاری از بخشهای دیانای باستانی دیگر با نئاندرتالها یا دنیسووانها مطابقت نداشتند. پژوهشگران نتیجه گرفتند که این مناطق از دو تبار جداگانه آمدهاند که در زمانهای مختلف وارد خانواده انسانی شدهاند.
تبار شبح در جمعیتهای آفریقایی و غیرآفریقایی ظاهر شد. این توزیع گسترده نشان میدهد که آمیختگی قبل از خروج نهایی بزرگ انسانهای مدرن از آفریقا و گسترش آنها در سراسر جهان رخ داده است.
«ما کشف کردیم که حدود ۲٪ از ژنوم انسان مدرن از انسانهای باستانی است»، گفت ژانگ. «در مورد تبار شبح، آفریقاییهای امروزی و جمعیتهای غیرآفریقایی هر دو مقادیر مشابهی از تبار شبح را به ارث بردهاند. هر فرد حدود ۰.۵ تا ۱٪ از ژنوم خود را از این تبار شبح به ارث برده است.»
برای بازیابی شواهد تبار دوم، پژوهشگران ژنومهای افراد اقیانوسیه را بررسی کردند، جایی که تبار دنیسووان میتواند تا ۴٪ برسد.
سیگنال فوقباستانی در داخل مناطق به ارث رسیده از دنیسووانها ظاهر شد، که نشان میدهد دنیسووانها ابتدا این دیانای را به دست آوردند و بعداً آن را به انسانهای مدرن منتقل کردند. ژنومهای دنیسووان بین ۳٪ تا ۵٪ تبار فوقباستانی دارند، اما تنها بخش کوچکی از آن دیانای به افراد امروزی رسیده است، مورجانی گفت.
«TRACE به ما اجازه داد تا زمینهسازی کنیم که بخشهای تبار از این انسانهای قبلاً توصیفنشده چگونه در سراسر ژنوم انسان توزیع شدهاند»، گفت بیداندا. «ما دریافتیم که این سهمها در سراسر ژنوم گسترده هستند، و تبار شبح حتی در مناطقی که قبلاً تصور میشد نسبت به تبار نئاندرتال و دنیسووان نابردبار هستند، شناسایی میشود.»
آمیختگی باستانی ممکن است ایمنی را شکل دهد
مورجانی گفت بسیاری از بخشهای باستانی به ارث رسیده در مناطق ژنومی مرتبط با عملکردهای ایمنی و متابولیک متمرکز شدهاند.
«این الگو کاملاً تعجبآور نیست»، او گفت. «سازگاری با پاتوژنهای جدید و منابع غذایی یکی از قویترین فشارهای انتخابی در تکامل انسان بوده است. آمیختگی با سایر گروههای انسانی تنوع ژنتیکی جدیدی را معرفی کرد و مواد خام اضافی برای انتخاب طبیعی فراهم کرد. واریانتهای مفید سپس میتوانستند در طول نسلهای زیادی حفظ و گسترش یابند.»
با نمایندهتر شدن پایگاههای داده ژنومی جهانی از تنوع انسانی، مورجانی امیدوار است TRACE سیگنالهای ضعیفتری از تبارهای ناشناخته بیشتری را کشف کند.
ژنومهای اضافی دنیسووان نیز تحلیل را بهبود میبخشد، زیرا تنها یک مورد منتشر شده است. پروتئینهای توالییابیشده اخیر از فسیلهای هومو ارکتوس حتی ممکن است به پژوهشگران در تعیین هویت نیای فوقباستانی کمک کند.
«من فکر میکنم این روشهای محاسباتی جدید که به ما امکان بازسازی روابط شجرهشناسی را میدهند، واقعاً مرز بعدی در این زمینه هستند زیرا به ما اجازه میدهند رویدادهای پنهان گذشته خود را بدون نیاز به دیانای باستانی کشف کنیم»، او افزود.
مورجانی خاطرنشان کرد که TRACE باید با سایر گونهها نیز کار کند، «و به ما امکان دهد الگوهای واقعاً متفاوتی را در سراسر درخت زندگی کشف کنیم.»
مرجع: «بازیابی نشانههای ورود ژنی انسانهای باستانی با استفاده از گرافهای شجرهشناسی نوترکیبی» توسط یولین ژانگ، آرجون بیداندا، سارا ای. جانسون، کولم اوداشلین و پریا مورجانی، ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۶، Science.
DOI: 10.1126/science.aef8874
این کار توسط بنیاد ملی علوم تأمین مالی شد.