DNA neandertálce

Diskuse, kterou vedou paleoantropologové o roli neandertálců při utváření moderního člověka, se dočkala dalšího zvratu. Mezinárodní tým paleogenetiků publikoval v červnovém čísle časopisu Cell (Vol. 90, 1–20, 1997, viz též Science 277, 176, 1997) rozsáhlou práci s prostým výsledkem: z fosilie neandertálce se podařilo extrahovat mitochondriální DNA (mtDNA).

Neandertálci jako vyhynulá skupina příbuzná s moderním H. sapiens sapiens přitahují pozornost od r. 1856, kdy byly jejich pozůstatky objeveny v Neandertálském údolí u Düsseldorfu. Již několik generací badatelů se marně snaží nalézt jejich evoluční význam a v průběhu 141 let se střídají dvě interpretace role neandertálců.

První teorii reprezentují např. Aleš Hrdlička, Franz Weidenreich či dnešní obhájci hypotézy o multiregionální evoluci (podle níž moderní člověk vznikal na více místech či se na jeho formování podílelo více geografických populací). Tento scénář uvádí, že se neandertálci přímo podíleli na utváření moderního člověka, byli jen jednou z „fází“ jeho evoluce a můžeme je považovat za naše přímé příbuzné.

K druhému modelu se přiklonili např. Marcel Boule, Sir Arthur Keith a dnešní zastánci hypotézy afrického původu moderního člověka. Podle nich jsou neandertálci specializovanou skupinou, která obývala rozsáhlou oblast Evropy a Blízkého východu a z dosud neznámých příčin zmizela krátce po invazi moderních afrických populací. Tento model upírá neandertálcům podíl na utváření moderních lidských populací a tvrdí, že si žádný dnešní člověk nemůže ponechat neandertálce ve svém rodokmenu.

Morfologický výzkum neandertálských fosilií sice poukazuje na některé charakteristické znaky, které neandertálce odlišují od moderního člověka, zatím se však nepodařilo prokázat, jak dalece jsou tyto odlišnosti podstatné pro interpretaci příbuznosti mezi oběma skupinami. Proto v obou hypotézách převládal názor, že neandertálci a moderní člověk jsou dva rozdílné poddruhy – H. sapiens neanderthalensis a H. sapiens sapiens. Z tohoto taxonomického rozdělení přímo vyplývá možnost příbuzenského kontaktu a křížení mezi oběma skupinami – i kdyby moderní člověk přišel do Evropy z afrického kontinentu již jako anatomicky moderní, mohl se v Evropě setkat s neandertálci. Protože bariéra mezi nimi nebyla veliká, mohlo dojít ke křížení. V tomto případě by se mohl neandertálec objevit v našem rodokmenu jako jeden z předků.

Nové argumenty v této diskusi byly získány přímo ze srovnání části rekonstruované mtDNA, kterou se podařilo „oživit“ právě z neandertálské fosilie, nad níž celá diskuse r. 1856 započala. Tým převážně německých a amerických paleogenetiků (M. Krings, S. Pääbo, A. Stone, M. Stoneking) získal povolení odebrat vzorek o váze 3,5 g z fosilie neandertálce. Souhlas však získali až po několika letech diskuse a korespondence, zda lze nebo nelze obětovat část fosilizované kosti. Povolení dostali nejspíše proto, že se paleogenetika postupně rozvinula v důležitý vědní obor a metody, které autoři použili, byly již úspěšně aplikovány v jiných případech.

Vlastnímu „oživení“ mtDNA předcházely analýzy, které měly ověřit, zda je vůbec možné z takto staré fosilie extrahovat molekuly DNA. Teoretické a empirické studie totiž prokázaly, že je vysoce nepravděpodobné extrahovat mtDNA z fosilie starší než 100 000 let. Nad touto časovou hranicí dochází k tak značné degradaci molekul DNA, že jejich rekonstrukce je již zřejmě nemožná. Naštěstí neandertálci spadají i do intervalu, v  němž lze předpokládat zachovalou DNA – jejich stáří se dnes odhaduje asi na 30 000 – 100 000 let (pozn. red.: jiné odhady mluví i o 12 000 – 230 000 let). Při své práci s neanertálskou mtDNA autoři studie použili metodu PCR. Úspěšně extrahovali a rozmnožili dostatečnou část sekvencí mtDNA, vyloučili možnost kontaminace nukleovou kyselinou dnešních lidí a prokázali, že jde o autentickou sekvenci DNA neandertálce. Tím umožnili přímé srovnání s podobnými sekvencemi mtDNA žijícího člověka.

Celá studie obsáhla 986 různých sekvencí mtDNA žijících lidí ve srovnání s neandertálskou mtDNA. V průměru se ukázalo, že mezi neandertálskými a lidskými sekvencemi nukleotidů je trojnásobný rozdíl než mezi dvěmi lidskými sekvencemi. Jinými slovy – dvě lidské sekvence se lišily na 8 místech, zatímco neandertálská sekvence se od lidské odlišovala asi na 25 místech, a navíc rozdíly byly jiného typu. V souboru dnešních lidí byli zástupci z geograficky rozdílných lokalit. Detailní srovnání s lidmi z oddělených skupin v Evropě, Asii, Austrálii a Americe navíc neprokázala, že by neandertálci byli nějak úzce spojeni s jednou geografickou skupinou, s Evropany, tak jak předpokládá multiregionální model. Naopak, průměrný počet rozdílů mezi neandertálci a moderními lidmi z různých oddělených regionů je přibližně stejný. Zajímavé byly i výsledky fylogenetické analýzy. Všechny zařadily neandertálce jako skupinu oddělenou od dnešních moderních populací. Podle fylogenetického seřazení moderních populací se jejich kořeny daly vystopovat v Africe. Svante Pääbo výsledek komentoval: „Je velmi nepravděpodobné, že by neandertálec nějak přispěl do skladby mtDNA dněšního člověka.“

Badatelé se také pokusili odpovědět na otázku, kdy žil společný předek neandertálců a moderního člověka. Jako výchozí bod si tým vzal již dříve stanovený rozchod předků člověka a šimpanze, k němuž došlo podle analýz mtDMA asi před 5 – 7 miliony let. Ukázalo se, že k oddělení linií vedoucích k moderním lidem a k neandertálcům došlo již před 550 000 až 690 000 let. To je období, které v Evropě máme zachyceno ve fosilním materiálu označovaném šířeji jako Homo erectus, úžeji jako Homo heidelbergensis. Evropská populace tohoto druhu již vykazuje první morfologické znaky, které vedou k neandertálcům. Podobné určení stáří společného předka všech dnešních žijících populací H. sapiens sapiens pak ukázalo, že tento předek je přibližně 4krát mladší a pochází z období před asi 120 000 – 150 000 lety a s nejvyšší pravděpodobností přišel právě z Afriky. Připomeňme opět, že v Africe se v tomto období začaly objevovat první populace, jež nesly už známky anatomicky moderní morfologie (viz např. nálezy z Omo či ze Singa).

Všechny výsledky se tedy přiklánějí k druhému modelu. Moderní člověk povstal v Africe v období před asi 120 000 – 150 000 lety a postupně se odtud rozšířil na další území a také do Evropy (asi před 40 000 lety). Zde se setkal s neandertálci, ale jejich kontakt z hlediska genetické výměny nebyl pro utváření moderního člověka důležitý. Neandertálec vyhynul, aniž by svou genetickou výbavu předal moderním populacím. Taxonomicky bychom jej tedy měli označit jako oddělený druh – Homo neanderthalensis. Zůstává tu však několik sporných bodů.

Předně, zatím se nepodařilo výsledek ověřit na jiném neandertálském jedinci. V interpretaci bychom proto měli být opatrní. Zkušenosti s obdobnými výsledky (např. s „mitochondriální Evou“) ukazují, že přímé studium genetické informace naráží na podobné teoretické a metodické problémy jako další paleoantropologické disciplíny a že genetiky prezentovaný „molekulárně biologický redukcionizmus“ zde není na místě.

Druhá stránka argumentace se týká scénáře počátků moderního člověka v Evropě. Zatím se paleogenetikům nepodařilo prokázat, že by první populace moderního člověka, které se setkaly s neandertálci v Evropě, nebyly do jisté míry smíseny. V Evropě, stejně jako v jiných regionech, je totiž velice obtížné určit, která z populací je vlastně domorodá (autochtonní). Celá oblast byla postupně osídlena několika vlnami migrací z různých koutů světa a v průběhu evoluce se neustále mísila genetická a morfologická výbava. Neandertálci se tak mohli v určitém smyslu na formaci moderního člověka podílet, v procesu vývoje moderního člověka pak postupně mohli asimilovat až do té míry, že jejich genetická informace zcela vymizela z moderního lidského genomu. Tuto hypotézu však bude nutné nejdříve ověřit srovnáním sekvencí DNA prvních svrchně paleolitických populací Evropy. Morfoskopické a morfometrické analýzy totiž také možnost mísení mezi neandertálci a moderním člověkem – a tedy zanesení byť asimilované podoby genetické výbavy neandertálce do moderního genomu – zpochybňují.

V blízké době budeme moci tuto hypotézu dále ověřovat. Ihned po zveřejnění článku v časopise Cell se autoři obrátili na Jiřího Svobodu, vedoucího oddělení paleolitu a paleoetnologie AV ČR, s žádostí o zpřístupnění kosterního materiálu gravetienských lovců z Dolních Věstonic ¹⁾ . Po analýzách zvířecích fosilních kostí, které mají odhadnout, jak velké množství DNA se mohlo z tohoto období dochovat, doufáme, že budememe moci provést podrobnější analýzu vlastní lidské mtDNA a srovnat dolnověstonické lovce s neandertálci.

Počkejme tedy s otázkou, zda máme neandertálce z naší rodiny vyloučit a zda máme uvést opět staronový taxon Homo neanderthalensis. V dalších analýzách se jistě ukážou nové zajímavé aspekty a úskalí tohoto oboru, stejně jako další interpretace. Přes všechny námitky je však jisté, že se paleoantropologii podařilo získat další z možných pohledů na problém evoluce člověka.