1) Analýza aDNA člověka 2) Analýza první neandrtálské DNA 3) Analýza druhé neandrtálské DNA 4) Interpretace nalezených výsledků - Byli Neandrtálci odděleným druhem nebo byli odlišným poddruhem a jsou součástí naší vlastní historie? 5) Křížili jsme se s Neandrtálci? 6) Další nálezy a izolace neandrtálské DNA 7) Analýza jaderných sekvencí a sekvenování genomu Neandrtálce 8) Proč Neandrtálci vyhynuli? 8) Děnisované – co o nich víme Analýza archaické DNA • možných scénářů je více – uvedeme si jen některé 1) Důsledek asimilace populacemi moderního člověka • uvedeno výše – po splynutí s populacemi moderního člověka se již dále nemuseli účastnit na rozmnožování nebo ve vzájemné konkurenci nemuseli obstát o zdroje potravy • dle počítačových simulací je genetická asimilace (a zánik) velmi rychlá a účinná a to i tehdy, pokud nemá asimilující populace žádnou větší výhodu mtDNA Y jaderná mtDNA Y jaderná mtDNA Y jaderná + velmi vzácně mtDNA Y jaderná neandrtálská moderní současná Proč Neandrtálci vyhynuli? 2) Důsledek náhlých klimatických změn • zejména Neandrtálci v Evropě byli výborně přizpůsobeni drsným podmínkám dob ledových = měli by lépe obstát v konkurenci s nepřizpůsobeným moderním člověkem • něco je muselo oslabit – pravděpodobně kombinace více faktorů • existují dvě klimatické události, které by se zánikem Neandrtálců mohly souviset Klimatická změna č. 1 • k ní odkazují přímo genetické poznatky • evropští Neandrtálci starší 48 000 let jsou v mtDNA mnohem rozmanitější (mají v mtDNA více mutací) než například moderní člověk • avšak západoevropští Neandrtálci mladší 48 000 let mají náhle genetickou rozmanitost mnohem menší než východoevropští Neandrtálci a než všichni evropští Neandrtálci starší 48 000 let 48 000 Proč Neandrtálci vyhynuli? Klimatická změna č. 1 48 000 • někteří Neandrtálci přežívají toto období v refugiích (jako malé izolované populace) • vedlo k poklesu jejich rozmanitosti • tito Neandrtálci pak již byli na další změny mnohem citlivější a mohl to být tak začátek jejich konce • v tomto období se tedy muselo něco odehrát na podstatné části území Evropy = něco, co jejich populaci výrazně zdecimovalo • období je v překryvu s klimatickou epizodou rychlého a krátkého ochlazení („Marine isotope stage three“) - mělo významný dopad právě na klima západní Evropy Proč Neandrtálci vyhynuli? • do takto oslabených populací Neandrtálců pak přichází před 45 000 až 40 000 lety silné populace moderního člověka Proč Neandrtálci vyhynuli? • před asi 40 000 lety dochází k masivnímu sopečnému výlevu na Flegrejských polích (v oblasti dnešní západní Itálie) • největší vulkanická erupce ve Středomoří za posledních 200 000 let • sopečný popel pokryl území o rozloze až 300 km2 s následnou vulkanickou zimou Klimatická změna č. 2 Kaldera o průměru 13 km 2) Důsledek náhlých klimatických změn 2) Důsledek náhlých klimatických změn Klimatická změna č. 2 • pravděpodobně dokončuje zánik neandrtálských populací v Evropě Proč Neandrtálci vyhynuli? • vulkanická zima s nejchladnější maximem po dobu 1 až 2 let a s poklesem globální teploty o 2 až 4 °C (Black et al., 2015) 3) Vlivem patogenů Spongioformní encefalopatie Proč Neandrtálci vyhynuli? • v důsledku kanibalismu se rozšířilo prionové onemocnění – není však jisté, jak moc byl kanibalismus rozšířený mezi Neandrtálci • další přenos také přes infikované kamenné nástroje • Neandrtálci však žili v malých a izolovaných skupinách = přenos by tak asi nebyl příliš významný • mohlo přispět k zániku maximálně několika skupin (pokud vůbec – důkazy nejsou) Africký patogen moderních lidí • Neandrtálci se dobře přizpůsobili euroasijským patogenům • moderní člověk se dobře přizpůsobil africkým • po kontaktu s moderními lidmi se Neandrtálci potkávají s patogeny pro ně novými • jedním z vážných kandidátů jsou viry z rodiny Herpesviridae Wolff and Greenwood, 2010 Underdown, 2008 4) Vliv polutantů prostředí Proč Neandrtálci vyhynuli? • těžké kovy, saze a další zplodiny z kouře (např. dioxiny), které Neandrtálci vdechovali během pobytu v jeskynních a skalních přístřešcích • to mělo krátkodobý, ale i dlouhodobý účinek na jejich zdraví a zejména pak u dětí, které dýchají rychleji než dospělí a jsou tak vystaveny větším dávkám • vedlo to od podráždění očí a kůže, přes rozedmu plic až k nádorům • nezanedbatelný je také u dětí vliv na některé další orgány, jako je jejich vyvíjející se mozek a jiné orgány nebo negativní vlivy na imunitní systém apod. • současné studie týkající se kouření také ukazují především vliv na zdraví u synů v následujících dvou generacích, jejichž otec byl kuřák Størmer, 2006 Proč Neandrtálci vyhynuli? • za vyhynutím Neandrtálců stojí s největší pravděpodobností složitý komplex většího množství ekologických, klimatických, zdravotních a sociokulturních vlivů • nejzásadnější dopad však zřejmě měly příčiny 1) a 2) • varianty 3) a 4) jsou málo pravděpodobné, i když mohly mít svůj podíl V genomu moderního člověka nalezeny geny a mutace neandrtálského původu • geny pro keratinová filamenta obsahují významnou příměs neandrtálských sekvencí • keratin v kůži, nehtech a vlasech – ochrana vůči patogenům, vodě a chladu • neandrtálské alely tak pravděpodobně pomohly moderním lidem s adaptací na chladné mimo-africké podmínky prostředí • geny zapojené do lipidového katabolismu • u populací s evropským původem jsou 3x častější, s nalezeným vlivem pozitivní selekce • neandrtálské alely měly pro moderního člověka v evropské oblasti zjevnou selekční výhodu • neandrtálské alely ovlivňují sekreci inzulínu a ukládání tuku • pravděpodobně jim v současnosti “vděčíme“ za obezitu, cukrovku, vysokou hladinu cholesterolu a ve výsledku za srdečně-cévní choroby (jsou častější právě u populací s evropským původem, oproti Neandrtálcům se tolik nehýbeme, máme dostatek potravy a žijeme v interglaciálu) (Khrameeva et al. 2014) (Sankararaman et al. 2014) Zajímavost – neandrtálský odkaz v našich genech V genomu moderního člověka nalezeny geny a mutace neandrtálského původu Zajímavost – neandrtálský odkaz v našich genech • další archaické sekvence zapojené do lipidového metabolismu • nalezeny v populaci mexických indiánů s cukrovkou 2. typu • tento haplotyp asociovaný s DM 2. typu se u původních Američanů vyskytuje s více než 50% četností • v populacích východních Asiatů pouze s četností 10 % • a v populacích Evropanů a Američanů jen velmi vzácně • sekvence má archaický původ – pravděpodobně důsledek křížení s Neandrtálci • vysoká četnost u původních Američanů pravděpodobně důsledek genového posunu • vyšší příměs u Asiatů než Evropanů souhlasí s poznatky o křížení V genomu moderního člověka nalezeny geny a mutace neandrtálského původu • mutace v genu FOXP2 (řeč a pamět) • mutace v genu AB0 (skupina 0) • mutace v genu TAS2R38 (citlivost/necitlivost na hořkou chuť PTC (u neandrtálských kostí starých 48 000 let nalezena stejná mutace způsobující nechutnačství jako u moderního člověka) • nalezeny některé alely s neandrtálským původem pro onemocnění jako: • diabetes 2. typu • lupus • Crohnova choroba • biliární cirhóza • závislost u kuřáků Zajímavost – neandrtálský odkaz v našich genech • gen MC1R (zrzavost, odlišné mutace od moderního člověka) (Sankararaman et al. 2014) Zajímavost – neandrtálský odkaz v našich genech Další sekvence, u nichž byl zkoumán archaický původ – viz e-skripta, „Zajímavosti a aktuality“. • například sekvence pro transkripční faktor genu NR5A2 (ovlivňuje vývoj jater) • sekvence genu FOXP2 - kóduje transkripční faktor, který je spojován s osvojením si jazyka (schopností mluvit) • osm genů moderního člověka nalezených u altajských Neandrtálců po křížení s moderními lidmi před více než 100 000 lety • genetické obohacení o nové sekvence tedy bylo vzájemné Zajímavost – stopa moderního člověka v neandrtálských genech • zaznamenám purifikující výběr (odstraňuje z genofondu škodlivé mutace) • sekvence moderního člověka nebyly na odlišném genetickém pozadí neandrtálského genomu příliš tolerovány Kuhlwilm et al. (2016) Shrnutí Kapitola Out of Africa x Multiregionální model Neandrtálská DNA * *avšak není úplně v souladu ani s multiregionálním modelem – příspěvek je malý a ukazuje spíše na křížení než vývoj z archaických populací Asimilační model – vychází z modelu „Out of Africa“ a obohacuje ho o křížení s archaickými populacemi.