Eerste oude genomen uit West-Afrika tonen complexiteit menselijke stamboom

Het DNA van vier kinderen die duizenden jaren geleden leefden in westelijk Kameroen levert veel meer vragen op dan antwoorden.vrijdag 24 januari 2020

Tienduizenden jaren geleden zochten mensen beschutting tegen de elementen in een grot in de buurt van de bocht in de Afrikaanse westkust. Ze maakten stenen gereedschap, aten de prooien die ze vingen of verzamelden planten, en begroeven hun doden. Sommige spraken mogelijk ook al de eerste woorden van de Bantoetalen die nu nog door honderden miljoenen bewoners van het continent worden gesproken.

Toch bleven er lang raadsels bestaan rond de precieze identiteit van de eerste bewoners van de archeologische vindplaats Shum Laka. Doordat ze werden begraven in een zure bodem in een warm en vochtig klimaat, zijn hun stoffelijke resten grotendeels vergaan en verpulverd. Lang werd gedacht dat hun DNA verloren was gegaan. Tot nu.

Onderzoekers maakten bekend dat ze voor het eerst genenmateriaal afkomstig van deze vindplaats hebben weten te ontleden met de analyse van de eerste volledige genomen uit West-Afrika, zo schreven ze in een artikel dat onlangs werd gepubliceerd in het vakblad Nature. De resultaten bieden nieuwe aanknopingspunten voor de complexe ontwikkeling die mensachtigen hebben doorgemaakt, maar ze leveren uiteindelijk meer vragen op dan antwoorden.

“Mijn mond viel open toen ik de e-mail van het lab kreeg waarin stond dat de resultaten van heel goede kwaliteit waren. Ik kon niet geloven hoe goed het materiaal bewaard was gebleven,” vertelt een van de auteurs, Mary Prendergast, antropoloog bij de Saint Louis University in Madrid.

Het DNA van vier personen die waren opgegraven in Shum Laka in het westen van Kameroen werd geanalyseerd. De onderzoekers brachten het volledige genoom in kaart van een 8-jarige jongen die zo'n drieduizend jaar geleden werd begraven, en van een 15-jarige jongen die achtduizend jaar geleden hetzelfde lot onderging. Ze onderzochten ook de genetische variatie in het DNA van de stoffelijke resten van twee 4-jarigen, die ieder afkomstig waren uit een van die perioden. Dergelijk onderzoek wordt SNP-analyse genoemd.

Vergelijking van het oude DNA met hedendaagse groepen uit Afrika leverde enkele verrassingen op, zoals het feit dat de Shum-Laka-bewoners niet verwant waren aan bevolkingsgroepen in het huidige westen van Kameroen. Ook waren ze niet verwant aan de huidige Bantoe-sprekenden, ongeveer een derde van de huidige Afrikanen, waarvan gedacht wordt dat hun voorouders stammen uit de regio waar Shum Laka ook in ligt.

Maar omdat het genenmateriaal van slechts vier personen is onderzocht, is het verhaal waarschijnlijk niet compleet. Prendergast wijst erop dat Shum Laka in de loop van de tijd mogelijk is bewoond door allerlei populaties met verschillende voorouders, waaronder misschien de voorouders van alle Bantoe-sprekenden.

Carina Schlebusch, evolutionair geneticus aan de Zweedse Uppsala Universitet, vindt de resultaten intrigerend en noemt het recent geanalyseerde DNA een “welkome aanvulling” op de groeiende Afrikaanse database. Maar ze waarschuwt dat er niet te veel conclusies kunnen worden getrokken over het nieuwe model uit dit onderzoek, dat aan de hand van deze vier personen de complexe variëteit onderzoekt van Afrikaanse populaties en de manier waarop die zich vermengden in de loop van honderdduizenden jaren.

“Er valt nog een hoop werk te doen, dit moet niet gezien worden als een definitieve uitkomst,” stelt ze.

In feite is het hetzelfde oude liedje als zo vaak met de analyse van oud DNA, vertelt Prendergast: het is altijd gecompliceerder dan eerder werd gedacht. “Je begint soms met een serie vragen en eindigt vervolgens met heel andere antwoorden, die weer nieuwe vragen oproepen.”

Kostbare genetische inhoud

Door oud DNA toe te voegen aan het plaatje van de evolutie kunnen menselijke populaties aan het licht komen die inmiddels verdwenen zijn, en waarvan alleen nog sporen zijn terug te vinden in het genenmateriaal van verre verwanten.

“Daardoor kun je nieuwe takken van de menselijke stamboom ontdekken,” legt een van de auteurs van het artikel, Mark Lipson uit, die als geneticus werkt aan de Harvard Medical School in Boston. 

Genetica 101
Wat is het genoom en hoe worden eigenschappen van generatie op generatie overgedragen? Ontdek hoe erwtenplanten bijdroegen aan de start van het genetica-onderzoek en hoe het onderzoeksveld zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld.

Prendergast en haar collega's waren tijdens het onderzoek geïnteresseerd in de populatiewijzigingen die zo'n vierduizend jaar geleden in Afrika plaatsvonden, toen de leefwijze van jagen en verzamelen werd ingeruild voor landbouw. Shum Laka leek een ideale locatie voor een onderzoek naar deze overgang. Hoewel er op deze locatie geen direct bewijs is gevonden voor landbouw, stammen de twee begraafplaatsen uit het begin en het einde van dit tijdperk. De ene is zo'n achtduizend jaar oud, de ander ongeveer drieduizend jaar oud. Niet lang na de laatste begrafenis, begonnen de verspreiding van de Bantoetalen over de regio, tot aan populaties ten zuiden van de Sahara aan toe.

Voor een optimale kans op succes, richtten de onderzoekers zich op het DNA in het zogenaamde rotsbeen, een deel van de schedel met een enorme botdichtheid rond het binnenoor. De hardheid van dit bot geeft de delicate DNA-strengen extra bescherming tegen de schadelijke warmte en zuurgraad van de bodem in de regio.

Tot hun opluchting lukte het om genetische materiaal van hoge kwaliteit te verkrijgen van vier personen uit Shum Laka. Ze analyseerden ook het DNA van 63 personen uit hedendaagse bevolkingsgroepen uit het westen van Kameroen, om mee te vergelijken.

Onverwachte verbanden

De resultaten waren al met al niet wat ze verwacht hadden. Hoewel de vier personen ongeveer vijfduizend jaar na elkaar werden geboren, leken hun genen opvallend veel op elkaar, vertelt Prendergast. Dat wijst erop dat de populatie gedurende lange tijd Shum Laka bezocht.

Er leken ook familieverbanden te bestaan tussen de tweetallen die in dezelfde periode leefden. Het tweetal dat drieduizend jaar geleden leefde, waren verwanten in de tweede graad, zoals bijvoorbeeld een oom en zijn nichtje, of een halfbroer- en zus. Het duo van achtduizend jaar geleden waren verwanten in de vierde graad, zoals bijvoorbeeld achterneven.

“Mogelijk was dit een familiebegraafplaats,” zegt Prendergast. “Wellicht was dit een bijzondere plek, om voor ons onbekende redenen.”

Bovendien waren de vier personen uit Shum Laka niet genetisch verwant aan de huidige bewoners van deze regio in het westen van Kameroen of aan de vroege avonturiers die ervoor hebben gezorgd dat de Bantoetalen zich door heel Afrika verspreidden. In plaats daarvan lijken ze genetisch dichter bij de jager-verzamelaars uit Centraal-Afrika te staan.

“Dit zegt zeker iets over de recente Afrikaanse populatiegeschiedenis,” aldus Sarah Tishkoff, evolutionair geneticus aan de University of Pennsylvania. Maar zij voegt daaraan toe dat het resultaat niet als een complete verrassing komt, omdat deze jager-verzamelaars ook vandaag de dag nog in Kameroen leven, en het waarschijnlijk is dat hun leefgebied in het verleden groter was.

Doordat er slechts vier personen zijn onderzocht, is aan de hand van deze resultaten niet uit te sluiten dat de Bantoetalen uit dit gebied afkomstig zijn. Wellicht leefden er op hetzelfde moment verschillende groepen in de regio, merken de onderzoekers op.

Deep roots

In het tweede deel van hun analyse deden de wetenschappers onderzoek naar de oude Afrikaanse geschiedenis en probeerden ze te achterhalen hoe Shum Laka in de stamboom van mensachtigen past. De wortels van die boom zijn zeker Afrikaans en lopen minstens 2,8 miljoen jaar terug tot aan het oudste fossiel dat tot nog toe is gevonden van het menselijke geslacht Homo. Onze soort, Homo sapiens, verschijnt pas veel hoger in de stamboom en splitst zich pas zo'n 260.000 jaar geleden af. Maar hoe alle verschillende takken zijn ontstaan en met elkaar verweven zijn, is nog steeds onderwerp van debat. Wel wordt inmiddels steeds duidelijker dat de afkomst van onze soort veel complexer is dan ooit werd gedacht. (Lees meer over een controversiële studie waarin een poging werd gedaan om de herkomst te achterhalen van alle moderne mensen.)

Het team stelde een model op waarin genetische informatie was opgenomen van enkele tientallen eerder onderzochte moderne mensen uit de Afrikaanse sub-Sahara, een 4500-jaar oud skelet uit Ethiopië, drie mensen die circa tweeduizend jaar geleden leefden in het zuiden van Afrika, de vier personen uit Shum Laka, twee Franse personen, een chimpansee en een neanderthaler.

Uit eerdere studies blijkt dat de oudste genetische lijn van de Homo sapiens, van meer dan 200.000 jaar oud, terug te vinden is in hedendaagse jager-verzamelaars uit het zuiden van Afrika. Maar het nieuwe model lijkt erop te wijzen dat zich rond dezelfde periode nog drie andere genetische vertakkingen voordeden.

Een daarvan is de genetische lijn van moderne jager-verzamelaars in Centraal-Afrika, waar ook het twijgje van de recent geanalyseerde personen uit Shum Laka toe behoort. Een andere tak betreft een ‘spookpopulatie’ van moderne mensen waarvan de identiteit onbekend is. De laatste tak leidt uiteindelijk naar Oost- en West-Afrikaanse populaties, inclusief de groep mensen die zich uiteindelijk over de hele wereld verspreidden.

De vele, verreikende takken van dit nieuwe model lijken de complexiteit van de Afrikaanse populatiegeschiedenis te bevestigen, zegt Serena Tucci, die als evolutionair geneticus binnenkort overstapt van de Princeton University naar de Yale University en die niet bij het onderzoek was betrokken.

Tucci en andere wetenschappers waarschuwen dat er meer onderzoek nodig is om het resultaat te bevestigen. “Het probleem met dergelijke modellen is dat er in principe veel modellen zijn die bij de data passen,” legt Schlebusch uit. Elk model wordt opgesteld op basis van een set hypothesen en dat kan een beperking zijn voor de mogelijke uitkomsten. “Het kan zijn dat er modellen zijn die beter bij de data passen, maar die we nog niet hebben bedacht - en die mogelijk groepen bevatten die nu nog niet vertegenwoordigd zijn.”

Meer gegevens - zoals analyse van volledige genomen - van Afrikanen uit zowel het heden als het verleden zijn nodig om de wazige details van de oorsprong van de mens scherp te krijgen en om de relaties tussen verschillende populaties en het moment van genetische afsplitsingen te bepalen.

Er valt waarschijnlijk ook nog meer te ontdekken in het DNA van de twee personen die werden gevonden bij Shum Laka, merkt Schlebusch op. De studie gaat slechts in op enkele details van de twee volledige genomen die zijn onderzocht, stelt zij. Hoe veranderde de populatie-omvang in de loop van de tijd? Wanneer vonden de verschillende vertakkingen plaats?

“Het is fantastisch om te zien dat het mogelijk is,” zegt Tishkoff over de analyse van oud DNA uit Shum Laka. Maar het verhaal is nog lang niet compleet. “We moeten nog heel wat werk verzetten,” zegt ze. “We hebben gewoon nog onvoldoende gegevens uit Afrika.”

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

Lees meer

Omstreden studie bepaalt plek van ontstaan moderne mens

Het onderzoek betekent dat het aloude debat over de precieze plaats waar onze soort verscheen, opnieuw hoog oplaait.

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.

Prehistorische grotschildering toont mogelijk oudste jachtscène

Het spectaculaire tafereel bevestigt het idee dat de vroegste vormen van kunst op meer plekken in de wereld tegelijk ontstonden.
Lees meer