Je hebt misschien meer neanderthaler-DNA dan je denkt

Een recent model werpt een nieuw licht op eerdere aannames: moderne Afrikanen en Europeanen stammen voor een groter deel af van neanderthalers dan eerder werd gedacht.

Monday, February 3, 2020,
Door Maya Wei-Haas
Met de ontdekking dat in Afrikaanse populaties sporen van neanderthaler-DNA te vinden zijn, hebben onderzoekers aangetoond ...
Met de ontdekking dat in Afrikaanse populaties sporen van neanderthaler-DNA te vinden zijn, hebben onderzoekers aangetoond dat in alle tot nu toe bestudeerde populaties sporen te vinden zijn van verschillende oermenssoorten die gezamenlijke nakomelingen kregen. Dit nieuwe onderzoek toont zowel de complexiteit van de geschiedenis aan, als ons gedeelde verleden.
Foto van Joe McNally, Nat Geo Image Collection

Zo'n 60.000 jaar geleden vertrok een stoet vroege mensachtigen uit Afrika en zwermde uit tot in alle uithoeken van de aarde. De reizigers ontmoetten diverse andere mensachtigen, die aanzienlijk anders waren dan degenen die ze achterlieten.

Er trokken groepen neanderthalers door Europa en het Midden-Oosten. Een aan hen verwante groep, de denisovamensen, verspreidden zich door Azië. En nu blijkt dat, als deze groepen elkaar tegenkwamen, ze gezamenlijk nakomelingen kregen.

Het genetische bewijsmateriaal van deze vermenging is nu nog in veel populaties terug te vinden. Ongeveer twee procent van het genoom van Europeanen en Aziaten stamt van neanderthalers. Aziaten hebben daarnaast nog extra denisova-DNA, tot wel 6 procent van het genetische materiaal van Melanesiërs. Maar Afrikaanse populaties leken nauwelijks te maken te hebben gekregen met deze genetische vermenging.

In een artikel dat onlangs in het vakblad Cell werd gepubliceerd, worden nu opvallende resultaten gepresenteerd: in populaties van hedendaagse Afrikanen blijken meer fragmenten van neanderthaler-DNA terug te vinden dan eerder werd gedacht. De hoeveelheid is ongeveer een derde van de hoeveelheid die het team terugvond bij Europeanen en Aziaten. Maar bovendien blijkt uit het model dat de rol van neanderthalers in de stamboom van de Europeanen ook altijd enigszins werd onderschat.

Auteur en onderzoeker Joshua Akey, die als geneticus is verbonden aan de Princeton University, stond in eerste instantie sceptisch tegenover de gevonden resultaten. Hij weet nog dat zijn eerste gedachte was: dit kan niet kloppen. Maar na anderhalf jaar lang nader onderzoek te hebben gedaan, zijn hij en zijn collega's inmiddels overtuigd van de juistheid van hun conclusies. Uit het onderzoek blijkt dat circa 17 miljoen basenparen uit Afrikaanse genomen van neanderthalers afkomstig zijn. Ze stammen waarschijnlijk voor een deel van voorouders van moderne Europeanen die teruggingen naar Afrika en die stukjes neanderthaler-DNA in hun genenmateriaal meenamen.

Vaak wordt gedacht over die vroege migratiestromen “dat mensen uit Afrika vertrokken en nooit meer terugkwamen", vertelt Akey. Maar uit dit nieuwe onderzoek, in combinatie met eerdere studies, wordt duidelijk dat dat beeld niet klopt. “Het was duidelijk geen eenrichtingsverkeer.”

“Dit is een heel fraai, nieuw stukje van de puzzel,” zegt Janet Kelso, bio-informaticus aan het Duitse Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie, die geen onderdeel uitmaakte van het onderzoeksteam. Het nieuwe model is een verbetering van eerdere aannames over de vermenging met neanderthalers, en laat zien hoeveel informatie er nog steeds verstopt zit in onze genen, merkt zij op.

“Het beeld dat ontstaat is dat het zeer gecompliceerd is. Er is geen sprake van een enkele stroom van genenoverdracht, of een enkele migratie. Er was heel veel contact,” vertelt Kelso. Ze voegt eraan toe dat deze resultaten opwindend zijn, maar tegelijkertijd een analytische uitdaging vormen.

Toch kan er alleen meer kennis ontstaan door te accepteren dat de mensheid kronkelige wortels heeft en door methoden te ontwikkelen om deze slingers en bochten in kaart te brengen.

Mysterieuze verwanten

Wetenschappers hebben zich lang het hoofd gebroken over het verband tussen neanderthalers en de moderne mens. De vraagstelling is in de loop van de jaren wel veranderd, maar de discussie ontstond eigenlijk al bi jde eerste ontdekking van de neanderthalers, vertelt John Hawks, een paleoantropoloog aan de University of Wisconsin-Madison die niet bij de studie betrokken was.

In de afgelopen tientallen jaren draaide de belangrijkste vraag om de vermenging met moderne mensen: kregen deze twee mensachtigen gezamenlijke nakomelingen? In 2010, toenhet complete genoom van een neanderthaler voor het eerst werd gepubliceerd, kregen de wetenschappers eindelijk een antwoord: ja.

Uit een vergelijking tussen neanderthaler-DNA en dat van vijf levende personen bleek dat bij  Europeanen en Aziaten sporen terug te vinden waren van vermenging van genen, maar niet bij Afrikanen. Daarna bleek uit onderzoek dat neanderthalers toch een beperkte rol speelden als voorouders van mensen uit Afrika, maar hoe dat precies zat, was nooit uitgezocht.

“Er zijn veel meer naalden in de hooiberg (oftewel neanderthal-sequenties in DNA van Afrikaanse mensen) dan we dachten!”

door Marcia Ponce de León, Universität Zürich

Om deze genetische vermenging met een frisse blik te bekijken, ontwikkelden Akey en zijn team een nieuwe manier om de verspreiding van DNA van oermensen in moderne genomen te onderzoeken. De modellen die hiervoor worden gebruikt moeten niet alleen gedeelde genensequenties kunnen herkennen, maar ook kunnen bepalen waarom die hetzelfde zijn, want niet alle gedeelde genetische codes zijn het gevolg van het feit dat twee verschillende voorouders gezamenlijke nakomelingen kregen. Het kan ook zijn dat twee personen identiek DNA-materiaal hebben omdat ze een gezamenlijke voorouder hebben.

Veel modellen voor onderzoek naar gezamenlijke nakomelingen van neanderthalers en andere mensachtigen maken gebruik van een zogenaamde ‘referentiepopulatie’- het genoom van een dergelijke groep, meestal afkomstig uit Afrika, wordt verondersteld geen DNA van neanderthalers te bevatten.

“Die hypothese was eigenlijk altijd al onaannemelijk,” aldus Hawks. In de analyses van dit soort modellen blijft onderbelicht of, en zo ja in welke mate mensen van Afrikaanse herkomst van neanderthalers afstammen.

Akey en zijn collega's in het laboratorium maakten gebruik van grote datasets om te bepalen hoe waarschijnlijk het was dat een bepaald deel van het genoom afkomstig was van neanderthalers. Ze testten de methode met het genenmateriaal van 2504 personen uit de hele wereld - Oost-Aziaten, Europeanen, Zuid-Aziaten, Amerikanen en met name Noord-Afrikanen - dat was verzameld in het kader van het project 1000 Genomes. Vervolgens vergeleken ze dit DNA met het genoom van een neanderthaler.

Naalden in de hooiberg

Uit het onderzoek blijkt dat hedendaagse Afrikanen gemiddeld 17 miljoen neanderthal-basenparen bij zich dragen. Dat is ongeveer een derde van de hoeveelheid die het team vond in het genenmateriaal van Europeanen en Aziaten. Ook blijkt hieruit dat neanderthalers een aanzienlijk grotere rol hebben gespeeld in de Afrikaanse stamboom dan eerder werd gedacht.

“Er zijn veel meer naalden in de hooiberg (oftewel neanderthal-sequenties in DNA van Afrikaanse mensen) dan we dachten!”, schrijft Marcia Ponce de León, paleoantropoloog aan de Universität Zürich in een e-mail.

Maar hoe kwam neanderthaler-DNA in Afrika terecht? Het simpele antwoord is dat neanderthalers het continent in zijn getrokken. Dit scenario is weliswaar niet helemaal ondenkbaar, maar er is ook geen overtuigend bewijs voor, aldus Akey.

De data lijken daarentegen op een andere bron te wijzen: het overgrote deel van het neanderthaler-DNA in Afrikaanse populaties komt overeen met dat van niet-Afrikanen, met name Europeanen.

Waarschijnlijk beschikten moderne mensachtigen die weer richting Afrika trokken over neanderthaler-DNA. Uit de modellen blijkt dat slechts enkele sporen van dergelijk DNA in de afgelopen 20.000 jaar genoeg zouden zijn om de huidige verspreiding te verklaren, merkt Akey op. Het is echter lastig om te bepalen wanneer dit precies gebeurde. De genetische samenstelling is waarschijnlijk ook voor een klein deel te verklaren door recentere invasies in Afrika, zoals die tijdens het Romeinse Rijk en tijdens de slavenhandel, die zich in de afgelopen paar duizend jaar voordeden, vertelt hij.

Een deel van het neanderthaler-DNA in Afrika is ook afkomstig van genetische vermenging in de andere richting. De hedendaagse niet-Afrikaanse populaties stammen af van een groep mensachtigen die zo'n 60.000 jaar geleden uit Afrika vertrok, maar zij waren niet de eerste die het continent verlieten. Enkele continentbewoners vertrokken misschien al meer dan 200.000 jaar geleden.

Die vroege reizigers kregen vermoedelijk ruim 100.000 jaar geleden al gezamenlijke nakomelingen met neanderthalers, waardoor ze hun genetische sporen achterlieten in het genoom van deze laatste groep. Een deel van het neanderthaler-DNA in Afrikaanse populaties is dan ook mogelijk te verklaren door dit gezamenlijke verleden.

"De stroom van genenoverdracht ging beide kanten op,” stelt Akey. “Een deel van de sequenties die wij zien als neanderthaler-DNA in moderne mensachtigen, is in feite DNA van moderne mensachtigen in het neanderthaler-genoom.”

Een ander interessant resultaat van de nieuwe methode is dat hedendaagse Europeanen over iets meer neanderthaler-DNA blijken te beschikken dat eerder werd gedacht. Daardoor wordt het verbazingwekkende verschil in neanderthaler-afstamming tussen Europeanen en Oost-Aziaten, dat eerder op 20 procent werd geschat, kleiner.

Uit het nieuwe onderzoek blijkt dat het eerder gaat om acht procent of minder. “Daaruit blijkt dat het grootste deel van de neanderthaler-afstamming van ons allemaal het gevolg is van een gedeelde achtergrond,” aldus Akey.

Een samenhangend verhaal

Toch blijven er nog veel vragen over. Eén daarvan is bijvoorbeeld of het mogelijk is dat neanderthalers misschien een nog grotere rol speelden in onze stamboom dan we nu denken?

Hawks antwoordt direct: “Oh ja, absoluut.” Voor het huidige onderzoek is het genoom gebruikt van een neanderthaler uit een Siberische grot, merkt hij op. Maar die hoorde waarschijnlijk niet bij de populatie waarvan ons neanderthaler-DNA afkomstig is. Hoewel dergelijke populatieverschillen niet heel veel uitmaken voor de nieuwe methode, is het mogelijk dat de bijdrage van die onbekende neanderthalers iets anders was dan van deze ‘persoon'.

Het nieuwe onderzoek toont overtuigend aan dat neanderthalers een rol speelden in de stamboom van Afrikanen, aldus Adam Siepel, die als populatiegeneticus verbonden is aan het Cold Springs Harbor Laboratory. Hij hoopt dat het model wordt toegepast op nog meer hedendaagse Afrikaanse populaties, om een gedetailleerder beeld te krijgen van de verschillen tussen de stambomen van verschillende bevolkingsgroepen op het continent. Hij en zijn teamhebben soortgelijke aanwijzingen gevonden voor het Mandenka-volk in West-Afrika en de San in zuidelijk Afrika, maar deze resultaten zijn nog niet officieel onderzocht.

Het is ook nog onduidelijk of, en zo ja, hoe, die neanderthaler-afstamming een rol speelt in de grillige wirwar van kenmerken die worden gevonden in Afrikaanse fossielen van mensachtigen, merkt Hawks op. De kennis daarover vertoont jammer genoeg nog fikse hiaten en bestaat uit kleine fragmenten in de tijd waar we het verband nog niet tussen hebben gevonden. Maar dit onderzoek en andere recente genetische analyses wijzen erop dat er veel meer sprake was van vermenging en migraties dan we ooit dachten, waardoor het nodig blijkt om steeds opnieuw na te denken over het verhaal van ons verleden.

“Al die vormen vertellen allemaal misschien wel een eigen verhaal,” aldus Hawks. “We moeten de verhalen die we achterhalen op hun waarde schatten, en niet proberen ze in een lineair beeld van de evolutie van de moderne mens te laten passen.”

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

lees verder

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.

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.

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.
Lees meer