Úvod do studia historie moderního člověka Paleogenetika člověkaČím se budeme zabývat? 1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA - po první analýze DNA 2) Kronika našeho druhu – všichni naši předkové (rychlý náhled) 3) Charakteristika dvou modelů původu moderního člověka 4) Správný vědecký úhel pohledu – „Ockhamova břitva“ a „recept na polévku“ Čím se budeme zabývat? Jak probíhalo studium historie člověka dříve a jak se na scéně objevuje DNA 1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA • Studium podobnosti (rozmanitosti) na fenotypové a genotypové úrovni (morfologie kostí, barva pleti, krevní skupiny apod.) • Studium podobnosti (rozmanitosti) na molekulární úrovni (rozmanitost na úrovni DNA) Čím se budeme zabývat? Jak probíhalo studium historie člověka dříve a jak se na scéně objevuje DNA Řecký historik Herodotos (5. st. př. n. l.) – první podrobný popis lidské rozmanitosti. Píše například o tmavých a tajemných Libyjcích i o kmeni barbarských lidojedů z ruského severu a dále popisuje lidi, kteří připomínají Turky a Mongoly = první etnografické pojednání. 1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA S ohromující rozmanitostí se setkáme i dnes. Cesta kolem světa Čím se budeme zabývat? S ohromující rozmanitostí se setkáme i dnes. 1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Cesta kolem světa Výchozí bod Brno, Česká republika Čím se budeme zabývat? Začátek cesty: • 0 º zeměpisné délky a 0 º zeměpisné šířky (asi 1 000 km západně od Libreville, hlavního města Gabonu v Africe) • tmavá pleť, tmavé vlasy, tmavé oči (avšak velká rozmanitost – celá Afrika) • vydáme se směrem dále na východ 1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Cesta kolem světa Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Kongo Cesta kolem světa Zastávka první: - centrální Afrika – např. Kongo - bantuský jazyk, tmavá pokožka, žijí v malých vesnicích Gabonský muž Zastávka druhá: - dále na východ, např. Keňa - tmavá kůže, avšak vysocí a štíhlý – např. nilotští obyvatelé východní Afriky Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Keňa Zastávka třetí: - po překonání vodní masy narazíme na Maledivy - lidé mají pleť tmavou, avšak rysy obličeje jsou již jiné – tvar nosu, vlasy apod. Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Zastávka čtvrtá: - Sumatra - lidé jsou menší než Afričané a lidé z Malediv, mají rovné vlasy, světlejší pleť a silnější vrstvu kůže nad očima Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Zastávka pátá: - Melanésané – tmavá pleť, avšak odlišné rysy od Afričanů Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Zastávka šestá: - Ekvádor, hlavní město Quitu – bohatá směsice lidí • jedni jsou podobní Maledivanům, ale mají světlejší pokožku • druzí připomínají Sumatránce a Polynésany Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Podobnost Odlišnost Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA nezastupitelný nástroj studia historie populací, včetně člověka genetická rozmanitost shody a odlišnosti příbuznost populací (genetická i geografická) Této rozmanitosti si všiml i Charles Darwin – o obyvatelích Ohňové země napsal, že jsou to lidé zakrslého vzrůstu, s ohyzdnými tvářemi pomalovanými bílou barvou, špinavou a mastnou pokožkou, zcuchanými vlasy, pronikavými hlasy a divokými gesty, a řekl, „Při pohledu na tyto lidi je těžké uvěřit, že se jedná o naše bližní.“ Darwin však ani na okamžik nezapochyboval, že jde o příslušníky stejného druhu. Odpovědi na otázku, proč jsme si tak odlišní např. barvou pleti, rysy obličeje či výškou, daly až v průběhu 20. st. fosilie, analýza krve a nakonec největší měrou analýza DNA. Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA Krátký pohled do historie studia rozmanitosti Do roku 1987 evidujeme pokusy o studium genetické a populační historie, které vycházely z antropologických a genetických studií populací na celém světě. Pro komplexní interpretaci dávné historie lidského druhu tu však stále chyběly vhodné nástroje a možnosti. - kosti - craniometrie, osteometrie - krevní proteiny, krevní skupiny Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA - sestavili genealogii moderního člověka na základě mtDNA - všichni žijící lidé mají společného ženského předka, který žil v Africe před 140 000 až 290 000 lety = máme společnou matku – začala být označována jako mitochodriální pramáti Eva - žila v subsaharské Africe Zvrat nastává v roce 1987, kdy na scénu vstupuje DNA. - v časopise Nature vychází klíčový článek nazvaný „Mitochondrial DNA and human evolution“ Rebecca Cann, Mark Stoneking a Allan Wilson porovnali DNA sekvenci lidské mtDNA získané ze 147 jedinců z Evropy, Afriky, Východní Asie, Austrálie a Nové Guineje. - tento výzkum představoval důležitý milník, od kterého analýza DNA ve vztahu k evoluci člověka zažívá obrovský rozvoj Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA • na základě rozdílů v DNA žijících populací zjišťujeme, jak jsme si podobní • odhalíme příbuzenské vztahy mezi zkoumanými populacemi • ale jsme dokonce schopni lépe poznat i naši vzdálenou minulost, samozřejmě vše za podpory fosilních („bones“) a archeologických nálezů („stones“) Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA Poprvé byla využita ve studiu historie DNA – DNA současných (žijících populací) První analýza DNA ukázala novou cestu: Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA Proč je výhodnější studovat DNA než fenotypové znaky? Eliminujeme totiž vliv prostředí a tedy selekci, která nutně nemusí odrážet podobnost/různost v DNA. Příklad na barvě pleti: Podobnost: vliv genů x vliv prostředí Odlišnost: vliv genů x vliv prostředí Fenotypová variabilita – pod vlivem prostředí (selekce) = dva paradoxy Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA • barvou pleti (fenotypově) - jsou si populace z rovníkové oblasti velmi podobné – vliv prostředí - populace z rovníkové oblasti se oproti evropské populaci hodně liší = koncept ras • geneticky jsou si však vzájemně více podobní jedinci z různých oblastí než jedinci v rámci daného regionu Mezi těmito ženami je geneticky větší podobnost než mezi ženami navzájem v Africe. Fenotypová variabilita – pod vlivem prostředí (selekce) = dva paradoxy Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA • pokud bychom vycházeli pouze z fenotypových odlišností – mohli bychom se snadno mýlit (vlivem prostředí) Mezi těmito ženami je geneticky větší podobnost než mezi ženami navzájem v Africe. Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA Geneticky máme všichni stejný původ a po světě jsme se rozšířili migrací původní skupiny našich předchůdců. Genetické rozdíly mezi rasami jsou malé, velká rozdílnost se skrývá uvnitř populací. Paleogenetika člověkaČím se budeme zabývat? 1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA - po první analýze DNA 2) Kronika našeho druhu – všichni naši předkové (rychlý náhled) 3) Charakteristika dvou modelů původu moderního člověka 4) Správný vědecký úhel pohledu – „Ockhamova břitva“ a „recept na polévku“ Úvod do studia historie moderního člověka Co víme o své minulosti podle antropologie: • fosilní a archeologické nálezy v Africe, Asii a Evropě - první člověk se vyvinul v Africe asi před 2 miliony let - Homo erectus (člověk? ne všichni s tím souhlasí) • měl relativně velký mozek, proporce lidského těla, používal nástroje, ve stravě se objevují živočišné proteiny získané nejdříve z mršin, později lovem • před 1,7 až 1,8 milionem let některé populace opouští Afriku a přesunují se na východ až do dnešní Indonésie • před půl milionem let žil lidský předek v částech Afriky, Asie a Evropy – lišil se již především větším mozkem 2) Kronika našeho druhu – všichni naši předkové Čím se budeme zabývat? • před zhruba 100 000 lety dosahuje průměrná velikost mozku velikosti moderního člověka, avšak lebka se od moderního člověka ještě odlišuje tvarem • jsou to už přímí předci moderního člověka? A neměli by už přináležet k našemu druhu Homo sapiens? Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA Co víme o své minulosti podle antropologie: Co víme o své minulosti podle antropologie: • někteří je označují jako „archaický Homo sapiens“ • jiní tvrdí, že ne všichni představují předka moderního člověka a že jde o více různých druhů - Homo heidelbergensis a Homo neanderthalensis nelze však zatím s jistotou říct, kde je pravda – vhodnější je souhrnné označení „člověk archaický“ Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA Homo neanderthalensis Homo heidelbergensis Homo sapiens Co víme o své minulosti podle antropologie: • před zhruba 30 000 lety - všechny fosilie nalezené ve Starém Světě jsou označovány již jako „anatomicky moderní“ Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA Homo sapiens Co víme o své minulosti podle antropologie: Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA klikněte na obrázek Paleogenetika člověkaČím se budeme zabývat? 1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA - po první analýze DNA 2) Kronika našeho druhu – všichni naši předkové (rychlý náhled) 3) Charakteristika dvou modelů původu moderního člověka 4) Správný vědecký úhel pohledu – „Ockhamova břitva“ a „recept na polévku“ Úvod do studia historie moderního člověka Co víme o své minulosti podle antropologie: model nahrazení („replacement“, „out of Africa“) multiregionální model („multiregional evolution“) Čím se budeme zabývat?1) Studium historie člověka - po první analýze DNA Dva modely původu aneb kde a kdy jsme se to objevili Out of Africa Multiregionální model • moderní lidé se objevují jako nový druh (Homo sapiens) zhruba před 150 000 až 200 000 lety v Africe. • expandují do svého blízkého okolí • před asi 100 000 lety se některé populace začínají rozšiřovat mimo Afriku do jiných regionů, nejdříve Střední východ a později se přesunují do Austrálie, Východní Asie a nakonec i do Evropy. • archaický člověk byl nahrazen a zanikl • příčina tohoto nahrazení - pravděpodobně biologické i technologické výhody model nahrazení („out of Africa“) Čím se budeme zabývat?3) Charakteristice dvou modelů původu moderního člověka Homo erectus Homo sapiens model nahrazení („out of Africa“) Čím se budeme zabývat?3) Charakteristice dvou modelů původu moderního člověka • moderní lidé se objevují jako nový druh (Homo sapiens) zhruba před 150 000 až 200 000 lety v Africe. • expandují do svého blízkého okolí • před asi 100 000 lety se některé populace začínají rozšiřovat mimo Afriku do jiných regionů, nejdříve Střední východ a později se přesunují do Austrálie, Východní Asie a nakonec i do Evropy. • archaický člověk byl nahrazen a zanikl • příčina tohoto nahrazení - pravděpodobně biologické i technologické výhody klikněte na obrázek multiregionální model • všichni lidé před 2 miliony let patřili do jedné evoluční linie • před asi 2 miliony let populace začaly expandovat z Afriky • postupně vznikaly regionální rozdíly • lidský druh se mění jak biologicky, tak kulturně – označení jako H. erectus, archaický a moderní člověk jen označují rozdílná evoluční stádia stále stejného a jednoho druhu Čím se budeme zabývat?3) Charakteristice dvou modelů původu moderního člověka Homo erectus Homo sapiens multiregionální model Čím se budeme zabývat?3) Charakteristice dvou modelů původu moderního člověka • všichni lidé před 2 miliony let patřili do jedné evoluční linie • před asi 2 miliony let populace začaly expandovat z Afriky • postupně vznikaly regionální rozdíly • lidský druh se mění jak biologicky, tak kulturně – označení jako H. erectus, archaický a moderní člověk jen označují rozdílná evoluční stádia stále stejného a jednoho druhu klikněte na obrázek • podle modelu nahrazení – ať žijeme v Evropě, Asii, Austrálii nebo Africe – nejstarší předek kohokoliv z nás žil ve stejnou dobu v Africe před několika sty tisíci lety Co víme o své minulosti podle antropologie: • podle multiregionálního modelu - naši předci byli více roztroušení, někteří žili v Africe, zatímco jiní mohli žít v Evropě, Asii nebo kdekoliv jinde • společný předek všech těchto našich předků žil také v Africe, ale před 2 miliony let Čím se budeme zabývat?3) Charakteristice dvou modelů původu moderního člověka Čím se budeme zabývat?3) Charakteristice dvou modelů původu moderního člověka Co víme o své minulosti podle DNA: Odhalíme si v průběhu semestru: • budeme testovat platnost dvou uvedených modelů (všechny kapitoly) • jak jsme osídlili svět (mtDNA, chromozom Y) • nahradili jsme archaické populace nebo jsme se s nimi křížili? (neandrtálská DNA) • probíhalo křížení také mezi prvními populacemi moderního člověka mimo Afriku? (genetická rozmanitost uvnitř populací, mezi populacemi, velikost a demografie populace předků) Paleogenetika člověkaČím se budeme zabývat? Úvod do studia historie moderního člověka 1) Studium historie člověka - před první analýzou DNA - po první analýze DNA 2) Kronika našeho druhu – všichni naši předkové (rychlý náhled) 3) Charakteristika dvou modelů původu moderního člověka 4) Správný vědecký úhel pohledu – „Ockhamova břitva“ a „recept na polévku“ Správný vědecký úhel pohledu • poznatky a teorie, o nichž bude řeč, nejsou v žádném případě přehledem všech poznatků a nejsou platné a nezvratné, ale přehledem toho, co nám umožňuje tyto pravdy hledat a studovat • každá teorie je vyvratitelná – hledáme poznatky pro vyvrácení jedné a potvrzení druhé • to, že jsou v souladu s jednou teorií, však nic neříká o tom, zda je tato teorie pravdivá modelová situace: Cíl: zkoumáte, odkud přicházím Pozorování: přijel jsem autem a vystupuji s nákupní taškou plnou potravin Teorie: přijíždím ze supermarketu - přijíždím přímo ze supermarketu Důkaz: - taška ze supermarketu podporuje hypotézu, je s ní v souladu - avšak není univerzálně pravdivá, protože jsou tu ještě další možnosti Alternativní hypotéza: po cestě ze supermarketu jsem se zastavil na golfu Závěr: - důkazy jsou kompatibilní i s touto hypotézou - která je pravdivá? Nelze rozhodnout bez svědků nebo dalších důkazů z mé cesty (např. golfová hůl by byla důkazem) • v podobné situaci se často nalézáme nejenom v molekulární antropologii, ale ve vědě vůbec • každá teorie je pouze pohled na úrovni současných poznatků a omezených důkazů Čím se budeme zabývat? • ve vědě a také při zpracování poznatků o původu člověka se často řídíme tzv. Ockhamovou břitvou • princip nazývaný podle františkána Williama z Ockhamu (1287–1347) - prosazoval Aristotelův pohled na svět „Bůh a příroda nikdy nedělají nic nadbytečně, ale vždy s nejmenší možnou námahou“ • Pluralitas non est ponenda sine necessitate (mnohost nemá být postulována bez nutnosti) • „princip ekonomie myšlení“ nebo „princip úspornosti“ • mnohočetné jevy se odehrávají jako násobek dílčích pravděpodobností jednotlivých těchto jevů = jevy komplexní jsou méně pravděpodobné než ty jednoduché • neboli to nejjednodušší vysvětlení je to správné • břitva ořeže to, co je nadbytečné 4) Správný vědecký úhel pohledu Čím se budeme zabývat? Příklad: Ockhamova břitva řeší problém nekonečné rozmanitosti teorií, které vedou ke stejným výsledkům. Například k Newtonovu gravitačnímu zákonu lze formulovat alternativní teorii, která říká, že gravitační síla je ve skutečnosti poloviční než podle Newtonova zákona, a zbytek způsobují jinak neviditelní a neměřitelní trpaslíci, kteří tělesa postrkují tak, aby se zdánlivě chovala podle Newtonova zákona. Trpaslíci ovšem s postrkováním přestanou v roce 2042, což bude znamenat konec známých fyzikálních zákonů. Ockhamova břitva z nespočetného množství takových alternativních teorií vybírá právě Newtonův zákon, který žádné trpaslíky nepotřebuje. • podle tohoto pravidla příroda funguje přímočaře a jednoduše – „minimální evoluce“ • Ockhamovým pravidlem minimalizujeme množství změn potřebných k vysvětlení získaných údajů – populace s nejmenšími rozdíly jsou si nejpříbuznější • na základě minimální evoluce a neutrálních změn můžeme nejenom zjistit příbuznost mezi populacemi, ale také stáří a časovou posloupnost a geografický původ • pěkným příkladem na uvedené je složení receptu na polévku 4) Správný vědecký úhel pohledu Čím se budeme zabývat? Recept na polévku aneb jak studujeme historii v DNA • představme si prastarou vesnici (populace), kde žije deset rodin • každá má svůj vlastní recept na polévku a předává jej ústně z generace na generaci • postupem času jednotlivé rodiny zanikají, až zůstane rodina poslední, jejíž recept (DNA) na polévku se zachová • tento recept lze tedy vystopovat zpětně až k této rodině • ve skutečnosti však při předávání vznikají chyby nebo si ji každá generace příchutí podle své chuti a dostupného koření (mutace) a recept se tak mírně pozměňuje • v současné vesnici tak máme obrovskou různorodost receptů (rozmanitost), avšak díky Ockhamově břitvě je můžeme všechny vysledovat až k jedinému společnému předchůdci, rodině, která přežila nejdéle z těch 10 původních rodin a jejíž recept se tak přenášel dál 1 2 3 4 5 . . 10 1 3 4 5 10 1 3 5 10 1 3a 3b 10 1 3a 3b 3c 3d 3a 3b 3c 3e 4) Správný vědecký úhel pohledu Čím se budeme zabývat? • pokud víme, s jakou rychlostí ke změnám dochází, můžeme dokonce vypočítat i to, kdy tato rodina žila a kdy recept vznikl • dokonce jsme schopni i určit, kde žila která rodina a to na základě složení surovin • představme si, že se po celém světě zachovalo např. 5 receptů na impalí polévku • impala, černý pepř, hořčice, sýr, oregano • impala, sůl, ostružiny, arašídy, chilli papriky • impala, černý pepř, hořčice, škeble, bazalka • impala, černý pepř, krabí maso, jalovec • impala, sůl, tymián, petržel, vepřové • všechny polévky obsahují impalu = zcela původní polévka tedy také obsahovala impalu Ockhamova břitva – je málo pravděpodobné, že by ji kdysi dávno všichni použili nezávisle • některé recepty obsahují černý pepř, jiné zase sůl – to jsou tedy suroviny přidané druhé v pořadí • dále dva recepty spojuje hořčice = další přísada po pepři • máme pořadí přísad – impala, sůl/pepř, hořčice (v pepřové linii) • to, že se hořčice neobjevuje např. v receptu se solí je dáno tím, že používané přísady jsou typické pro nějakou geografickou oblast, kde je běžná a naopak vzácná či nevyskytující se jinde (viz třeba také škeble nebo krabí maso) 4) Správný vědecký úhel pohledu Čím se budeme zabývat? Recept na polévku aneb jak studujeme historii v DNA • impala, černý pepř, hořčice, sýr, oregano • impala, sůl, ostružiny, arašídy, chilli papriky • impala, černý pepř, hořčice, škeble, bazalka • impala, černý pepř, krabí maso, jalovec • impala, sůl, tymián, petržel, vepřové • z uvedeného lze tedy odvodit, že recept má původ v Africe a další přísady, typické pro určité oblasti, nám napovídají o geografickém původu dalších populací Naší polévkou bude DNA a receptem je její sekvence, přísady jsou polymorfismy, pomocí nichž budeme sledovat rozmanitost a číst historii v kronice člověka. 4) Správný vědecký úhel pohledu Čím se budeme zabývat? Recept na polévku aneb jak studujeme historii v DNA