DNA geeft eerste impressie van mysterieuze voorouder

Zo'n tien jaar lang hebben onderzoekers zich afgevraagd hoe de denisovamens eruitzag. Nu beschikken ze over het beste model tot nu toe van het skelet van deze oermens.maandag 23 september 2019

Eerder dit jaar wekte David Gokhman een geest tot leven.

Gokhman, die toen bezig was met zijn promotieonderzoek aan de Hebrew University of Jerusalem, probeerde het skelet samen te stellen van een raadselachtige oermens, genaamd denisovamens. Hoewel dit volk waarschijnlijk tienduizenden jaren in Azië heeft geleefd, zijn er maar heel weinig fossiele sporen van ze achtergebleven: een pinkbotje, een schedelfragment, een gebroken kaak en een paar tanden.

Om toch een beeld te krijgen van deze ‘geesten’ besloot Gokhman gebruik te maken van het meest overtuigende bewijs van hun bestaan: hun DNA.

Gokhman en zijn collega’s verrichtten een hoogstandje en slaagden er in een mogelijk profiel te maken van een skelet van een denisovamens op basis van 32 eigenschappen van het skelet die waren vastgelegd in het DNA dat uit het kootje van een pink werd gehaald. In het onderzoek, dat onlangs werd gepubliceerd in het vakblad Cell, worden geen exacte waarden opgegeven voor de afmetingen van denisovamensen, maar wordt wel een vergelijking gemaakt tussen enerzijds deze mysterieuze oermens en anderzijds homo sapiens en neanderthalers.

“Dit is zo'n geweldige manier om het verleden te reconstrueren,” zegt María Martinón-Torres, directeur van het Spaanse Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana. “Het is een wetenschappelijk wonderland.”

Het onderzoek, dat deels werd gefinancierd door de National Geographic Society, levert intrigerende aanwijzingen op dat er mogelijk restanten van denisovamensen beschikbaar zijn die op het moment nog over het hoofd worden gezien. In de loop van de jaren hebben wetenschappers verspreid over Azië verschillende fossielen opgegraven die zich niet eenvoudig laten indelen in de stamboom van de mens. Maar door de geringe hoeveelheid denisova-beenderen waarmee ze te vergelijken zijn en de hitte in grote delen van Azië die het onmogelijk maakt om DNA uit de vondsten te peuteren, bevinden veel van deze fossielen zich in een soort ‘paleo-niemandsland’, en zijn ze ingedeeld in vage categorieën als ‘archaïsche Homo.’

Veel van de eigenschappen die nu worden beschreven als mogelijk toebehorend aan denisovamensen zouden op zijn minst een hypothetische identificatie van enkele van deze resten kunnen opleveren. Zo lijken de resultaten er nu al op te wijzen dat een tweetal verbrijzelde schedels die werden gevonden in de buurt van de Chinese stad Xuchang van denisovamensen afkomstig zouden zijn.

Het onderzoek raakt ook aan een grotere vraag, namelijk wat ons tot mensen maakt, zegt Liran Carmel van de Hebreeuwse Universiteit van Jerusalem, de leider van het onderzoeksteam. Ooitliepen er talloze verschillende mensachtigen rond op aarde, maar alleen onze soort bleef over. Waarom dat was weet niemand.

“Dit is een grote stap om een antwoord op die vraag te vinden,” aldus Carmel.

Genetisch de zaakjes op een rijtje

De ontdekking van de denisovamensen, die in 2010 bekend werd gemaakt, was mogelijk door DNA dat afkomstig was uit een pinkbotje en een forse kies die werden opgegraven in de Denisovagrot in het Altajgebergte in Siberië.

“Dat was de eerste keer in de geschiedenis van de wetenschap dat een nieuwe groep mensen werd ontdekt op basis van alleen DNA,” vertelt Carmel. “Er was heel veel onduidelijk.”

Doordat het genetisch onderzoek steeds verderging, is er geleidelijk steeds meer bekend geworden over de denisovamensen. Ze scheidden zich minstens 400.000 jaar geleden af van de aan hun verwante neanderthalers. Terwijl deze laatste groep zich vestigde in Europa en het Midden-Oosten, gingen de denisovamensen naar het oosten en verspreidden ze zich over Azië. Gedurende dat proces kregen ze nakomelingen met onze voorouders en lieten ze genetische sporen na die nu nog te zien zijn in moderne populaties van mensen van Aziatische afkomst.

Paleoantropologen onderzoeken gewoonlijk fossiele skeletten van oermensen om eigenschappen te identificeren waarmee de onderzochte soort zicht onderscheidt van anderen. Maar omdat er niet meer fysiek materiaal voorhanden is van de denisovamensen, kon er geen profiel van deze oermensen worden gemaakt. Dat is waar Carmel en zijn team om de hoek komen kijken. De keten van chemische ‘letters’ waar DNA uit bestaat, bevat instructies voor de productie van eiwitten die een invloed hebben op fysieke eigenschappen. Dit genetische materiaal is niet gewoon af te lezen zoals je een boek leest. Dat heeft deels te maken met het feit dat wetenschappers niet alleen moeten weten welke ketens verband houden met welke eiwitten, maar ook hoe actief de verschillende genen zijn.

Een van de manieren waarop de evolutie de genactiviteit onderdrukt, is via een proces dat methylatie wordt genoemd. Hierbij worden bepaalde delen van het DNA voorzien van een chemisch ‘label’. Zo blijkt een afname van de methylatie in bepaalde delen van het gen te resulteren in een wildgroei van een fors aantal soorten kankercellen.

Ongeveer een jaar nadat de vondst van de denisovamens bekend werd gemaakt, waren Gokhman en zijn team bezig methylatiepatronen bij oermensen te bestuderen. Die patronen bleken door een gelukkig toeval bewaard gebleven in oud DNA, als aanpassingen op de genetische alfabetsoep. Ze brachten die patronen in kaart voor de genen van neanderthalers en moderne mensen, waarbij ze verschillen in methylatie verbonden aan anatomische eigenschappen of ziekten. Maar daarna wilden ze nog een stap verder gaan. Was het ook mogelijk om met behulp van methylatie iets te zeggen over de fysieke eigenschappen van de mysterieuze denisovamensen?

“We wisten totaal niet wat dit zou opleveren, omdat het nog nooit gedaan was,” vertelt Gokhman, die inmiddels als postdoctoral fellow is verbonden aan de Amerikaanse Stanford University.

Om te bepalen of en in hoeverre methylatie een rol speelt, plozen de onderzoekers een moderne database uit waarin de genetische mutaties worden bijgehouden die aan de basis liggen van talloze aandoeningen. In dergelijke gevallen zorgen de mutaties ervoor dat bepaalde genen inactief worden, op een manier die vermoedelijk identiek is aan methylatie. Door het bestuderen van de database konden ze zelfs achterhalen wat het effect was van de wijziging, bijvoorbeeld of een mutatie zorgde dat vingers langer werden of juist korter.

De onderzoekers waakten ervoor alleen voorspellingen te doen over aspecten van het skelet die logischerwijs terug te herleiden waren naar de genen. Als een bepaalde eigenschap bijvoorbeeld door meerdere genen werd beïnvloed, namen ze die eigenschap alleen in het model op als alle genen hetzelfde effect hadden.

“Als gen A zei dat het er als een appel uitzag en gen B zei dat het er als een appel uitzag, en gen C, enzovoorts, dan was onze voorspelling dat het er als een appel uitziet,” legt Gokhman uit. Als er ook maar een genetische peer tussen zat, dan werd de eigenschap niet meegenomen in het model van het skelet.

Toen ze alles op een rijtje hadden, testten ze hun methode door daarmee te voorspellen wat de verschillen in skelet waren tussen aan de ene kant neanderthalers en chimpansees en aan de andere kant moderne mensen. Hun voorspellingen bleken voor 85 procent te kloppen.

Het bijzondere voorkomen van de denisovamens

De conclusie van het onderzoek was, wellicht niet geheel verrassend, dat denisovamensen in grote lijnen veel weg hadden van neanderthalers, de mensensoort aan wie ze voor zover bekend het meest verwant zijn, inclusief het lage voorhoofd en de geprononceerde kaak. Maar er waren ook enkele belangrijke verschillen.

“Wat we hier zien is niet gewoon een soort neanderthaler,” aldus Murray Cox van de Nieuw-Zeelandse Massey University, die geen onderdeel uitmaakte van het onderzoeksteam. “We kijken hier echt naar een derde groep, die qua uiterlijk behoorlijk verschilt van zowel moderne mensen als neanderthalers, en dat is heel interessant.”

Vooral de breedte van de schedel tussen de wandbeenderen, die aan de zijkanten van de schedel zitten, is intrigerend. Deze bipariëtale diameter of breedte was ook opvallend groot bij een tweetal verbrijzelde schedels van tussen de 100.000 en 130.000 jaar ouddie in Xuchang werden ontdekt. Bij een van die schedels was de afstand tussen de wandbeenderen groter dan bij enige andere schedel uit dezelfde periode. Veel deskundigen vermoedden al dat deze fossielen van denisovamensen afkomstig waren, maar dit kon niet met zekerheid worden vastgesteld doordat er geen DNA beschikbaar was.

De nieuwe studie voorspelt dat die grote afstand tussen de wandbeenderen, groter dan die bij zowel moderne mensen als bij neanderthalers, een denisova-kenmerk is. Van de acht schedeleigenschappen van de fossielen uit Xuchang die vermoedelijk aan denisovamensen toebehoren, komen er zeven overeen met de voorspellingen van het team.

“Het was voor ons heel veelbetekenend om dat te zien,” vertelt Carmel, die het gevoel dat hij toen had omschrijft als “grote blijdschap".

In mei van dit jaar werd het model opnieuw getest, toen onderzoekers bekendmaakten dat ze een kaak van een denisovamens hadden ontdekt in een grot aan de rand van het Tibetaanse Hoogland. Dit was het eerste overblijfsel dat met zekerheid kon worden toegeschreven aan een denisovamens die buiten Siberië werd gevonden. Zodra hij over de vondst hoorde, spurtte Gokhman naar zijn profiel om te kijken of zijn voorspellingen klopten met de vondst. Tot zijn grote vreugde bleken alle omschrijvingen te kloppen met de vondst, van de hoogte van de kaak tot de verlengde boog onder de tanden.

Familieportret van mensachtigen

De studie zorgt voor de nodige opwinding onder onderzoekers op het gebied van oermensen, die de voorspelde afmetingen al driftig aan het vergelijken zijn met andere gevonden restanten. Xiujie Wu, een onderzoeker aan het Chinese Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology, schrijft in een e-mail dat de beschreven denisova-eigenschappen ook terug te vinden lijken in nog ongeïdentificeerde resten die werden gevonden in Xujiayao in het noorden van China.

Niet alle voorspelde eigenschappen komen overeen met de tot nog toe gevonden overblijfselen van denisovamensen, bijvoorbeeld waar het gaat om de dikte van het glazuur en de breedte van de vingertoppen. Maar wie teveel nadruk legt op deze kenmerken, mist het grotere plaatje, stelt Bence Viola, paleoantropoloog aan de Canadese University of Toronto en de belangrijkste expert op het gebied van de morfologie van fossielen van de denisovamens.

“Ik vind het echt geweldig dat ze dit kunnen,” zegt hij. Hij wijst erop dat het team zijn uiterste best heeft gedaan met beperkte informatie. Het model is niet nauwkeurig genoeg om kleine fossielen alleen op basis van deze gegevens aan te wijzen als afkomstig van denisovamensen, stelt hij, maar het is zeker een handige leidraad voor toekomstig onderzoek.

‘Dit is opwindend onderzoek, waarmee de grens wordt verlegd van wat we te weten kunnen komen uit oud genetisch materiaal,” laat Chris Stringer van het Londense Natural History Museum via e-mail weten. Maar het werk ‘is gebaseerd op een complexe keten van extrapolaties,’ voegt hij daaraan toe. Die aannames en gevolgtrekkingen moeten nu door de wetenschappelijke gemeenschap worden beoordeeld.

Zo is het bijvoorbeeld niet duidelijk in welke mate de variatie binnen de denisovapopulatie in de studie over het hoofd wordt gezien, stelt Cox. Uit genetisch onderzoek naar de denisovamensen, waaronder onderzoek van Cox zelf, blijkt dat er grote verschillen bestonden binnen de groep. Sommige populaties ontwikkelden zich onafhankelijk van de rest gedurende tienduizenden jaren. Eén denisova-tak verschilde bijna evenveel van andere denisovamensen als van neanderthalers.

Bovendien bestaat er nog veel onzekerheid over het verband tussen methylatiepatronen en skeleteigenschappen, vertelt Genevieve Housman, die aan de University of Chicago onderzoek doet naar de genetica en epigenetica van primaten.

Mutaties waardoor een gen zijn functie verliest zijn als lichtknopjes: het gen staat aan of uit, vertelt Nicholas Banovich, een deskundige op het gebied van menselijke genetica bij het non-profitinstituut Translational Genomics Research Institute. Methylatie is daarentegen een soort volumeknop, waarmee de mate van genactiviteit wordt afgesteld. Zoals de onderzoekers zelf ook al benadrukken, kunnen de door hen voorspelde skeleteigenschappen alleen maar als kenmerkend worden beschouwd in vergelijking met moderne mensen of neanderthalers. Het is onmogelijk aan te geven hoe groot de afwijkingen zijn.

Toch zijn Cox en anderen enthousiast over het onderzoek. Cox: “We weten in feite niets over de morfologie van de denisovamens, dus alle beetjes nieuwe kennis zijn van groot belang.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

lees verder

Mysterieuze oermens op ‘dak van de wereld’ ontdekt

Het fossiel van een kaakbeen verpulvert het record voor de oudste bewoners van het Tibetaanse Hoogland – en levert nieuwe inzichten op in de raadselachtige denisovamens.

Meerdere lijnen van mysterieuze oermens in DNA moderne mens

Uit modern DNA blijkt dat de denisovamensen verrassend verschillend waren, en mogelijk de laatste ‘mensensoort’ vormden die uitstierven, waarna de Homo sapiensoverbleef.

Oeroud DNA laat verrassende wendingen zien in migratie neanderthalers

Genetische verrassingen die uit 120.000 jaar oude botten tevoorschijn kwamen, tonen de gecompliceerde geschiedenis van deze menselijke verwant.
Lees meer