Abstract
Sapevi che la maggior parte delle persone ha circa il 3% di DNA di Neanderthal? Circa 40.000 anni fa, gli antichi umani e gli uomini di Neanderthal avevano figli insieme. La miscelazione di queste due specie ha portato allo scambio di DNA, un processo che i biologi chiamano introgressione. Quando i Neanderthal si estinsero, gli esseri umani potevano avere figli solo con altri esseri umani. Nel tempo, la percentuale di DNA di Neanderthal è diminuita, ma rimane circa il 3%., I geni di Neanderthal bloccati in giro nei nostri genomi perché sono utili per noi. I geni che gli esseri umani hanno ricevuto dai Neanderthal svolgono ruoli in diverse parti del corpo, incluso il cervello e il sistema digestivo. Questi geni di Neanderthal potrebbero aver reso gli esseri umani più intelligenti e accelerato il nostro adattamento a nuove diete. Diversi geni di Neanderthal sono anche coinvolti nel sistema immunitario e ci aiutano a combattere virus e batteri dannosi. Guardando indietro, avrebbe potuto essere un bene che i nostri lontani antenati avevano figli con i Neanderthal. I loro geni hanno aiutato la nostra specie a sopravvivere fino ai giorni nostri.,
Introduzione
Quando si attraversa un leone con una tigre, si otterrà un liger. Questi grandi animali sono generalmente sterili, il che significa che non possono avere prole. Per molto tempo, gli scienziati hanno pensato che la prole da incroci tra diverse specie—chiamate ibridi—fosse sempre sterile. Ma ulteriori ricerche hanno rivelato che alcuni ibridi possono avere la propria prole. Nel 1943, ad esempio, un liger aveva cuccioli con un leone nello zoo tedesco di Hellabrunn., Quando gli ibridi si incrociano con una delle loro specie parentali, come il liger e il leone in Germania, il DNA può fluire da una specie all’altra. Questo processo è noto come introgressione .
L’introgressione spiega come gli esseri umani hanno ottenuto un DNA di Neanderthal. Per molto tempo, gli umani hanno vissuto solo nelle savane africane. Circa 45.000 anni fa, lasciarono l’Africa e migrarono in Europa, dove entrarono in contatto con un’altra specie simile all’uomo: i Neanderthal (Homo neanderthalensis). I Neanderthal non sembravano molto diversi dagli umani., Erano un po ‘ più robusti, avevano braccia più lunghe e avevano una vistosa cresta sopraccigliare sopra gli occhi (Figura 1A). Alcuni umani hanno avuto figli con questi Neanderthal. Quando quei bambini sono cresciuti, avevano figli propri. E così via. La mescolanza di queste due specie umane ha portato all’introgressione, lo scambio di DNA. Poiché gli esseri umani e gli uomini di Neanderthal avevano solo bambini al di fuori dell’Africa, non troverete il DNA di Neanderthal negli attuali africani. Tuttavia, nel resto del mondo, le persone hanno circa il 3% di DNA di Neanderthal.,
- Figura 1 – (A) Una foto di un Neanderthal al Museo di Storia Naturale di Londra (UK) (di Allan Henderson / CC BY 2.0 Flickr).
- (B) Quando un essere umano si è incrociato con un Neanderthal, l’ibrido risultante aveva il 50% di DNA umano e il 50% di DNA di Neanderthal. Se questi ibridi hanno avuto bambini con un essere umano, la percentuale di DNA di Neanderthal è scesa al 25%. In ogni generazione consecutiva di avere bambini con un essere umano, la percentuale di DNA di Neanderthal è stata dimezzata e diminuita come segue: 50-25-12.5-6. 25-3. 125.,
Miscelazione vernici
Ma perché la maggior parte delle persone hanno solo circa il 3% di DNA di Neanderthal? Il DNA dei primi ibridi uomo-Neanderthal era al 50% umano e al 50% di Neanderthal. Se questi ibridi avessero bambini con un essere umano, la percentuale di DNA di Neanderthal scenderebbe a circa il 25%. Nella prossima generazione, la percentuale sarebbe nuovamente dimezzata. Ad un certo punto, i Neanderthal si estinsero. Non sappiamo ancora esattamente perché. La conseguenza di questo evento di estinzione era che gli umani potevano avere figli solo con altri umani., Nessun nuovo DNA di Neanderthal potrebbe essere aggiunto al genoma umano e la percentuale di DNA di Neanderthal è diminuita al 3% che vediamo oggi.
È possibile confrontare questo scenario con la miscelazione della vernice di due colori. Diciamo che versi la vernice gialla (Neanderthal) e rossa (umana) in un grande secchio. Il risultato è una miscela arancione, che rappresenta il primo ibrido uomo-Neanderthal. Quando aggiungi più vernice rossa, il mix diventerà sempre più rosso nel tempo. In altre parole, il DNA diventa sempre più umano nel tempo, come gli esseri umani hanno bambini con altri esseri umani.,
Se facciamo i conti, possiamo vedere che raggiungiamo il 3% di DNA di Neanderthal in circa cinque generazioni di esseri umani che si riproducono con altri esseri umani. In ogni generazione, la percentuale di DNA di Neanderthal è dimezzata e diminuisce come segue: 50-25-12.5-6.25-3.125 (Figura 1B). Supponiamo che una generazione equivalga a 25 anni, l’età in cui le persone potrebbero avere figli. Quindi, gli esseri umani dovrebbero aver raggiunto il 3% di DNA di Neanderthal in circa 125 anni (5 × 25). Ma umani e Neanderthal si sono accoppiati più di 40.000 anni fa! Questa è una grande differenza. La percentuale di DNA di Neanderthal dovrebbe essere molto, molto più bassa., Per capire perché non abbiamo perso tutto il DNA di Neanderthal, dobbiamo conoscere un altro concetto: l’introgressione adattiva.
Lupi neri
Per capire l’introgressione adattiva, viaggeremo in Nord America, dove branchi di lupi vagano per le foreste. Se guardi documentari naturalistici, potresti aver notato che questi lupi hanno per lo più pelliccia grigia. Ma gli scienziati percettivi hanno osservato che c’erano alcuni lupi con pelliccia più scura. Da dove viene quella pelliccia scura? Gli scienziati hanno studiato il DNA di questi lupi e hanno scoperto che la pelliccia scura era causata da una particolare variante di un gene., Sorprendentemente, i lupi normalmente non hanno questa variante del gene. Ma i cani fanno! Ulteriori analisi hanno rivelato che, in passato, cani e lupi avevano cuccioli insieme. La miscelazione di queste due specie ha portato allo scambio di DNA, tra cui il gene variante che ha dato lupi pelliccia più scura . A causa di questa tonalità più scura, questi lupi erano meglio mimetizzati nella foresta, rendendoli cacciatori migliori. Lo scambio di DNA—o introgressione-ha aiutato i lupi ad adattarsi al loro ambiente. Ecco perché questo processo è chiamato introgressione adattiva., Gli individui con pelliccia più scura sopravvissero meglio dei loro amici grigi e avevano più cuccioli. Questi cuccioli sembravano i loro genitori e avevano anche una pelliccia più scura. Nel corso del tempo, la variante genetica per la pelliccia più scura è diventata comune nella popolazione (Figura 2). I biologi evoluzionisti dicono che il tratto di pelliccia scura era soggetto alla selezione naturale. Se torniamo all’analogia di mescolare due colori di vernice, puoi confrontare una variante genetica benefica come la pelliccia scura con una macchia dura di vernice gialla. Non importa quanta vernice rossa aggiungi, il blob giallo non si mescolerà, continua a fluttuare nella miscela rossa.,
- Figura 2 – A causa dell’ibridazione con i cani, i lupi hanno acquisito la variante genetica per la pelliccia nera.
- Questo colore del mantello scuro rendeva i lupi meglio mimetizzati nella foresta, e quindi migliori cacciatori. Quei lupi avevano più probabilità di avere cuccioli. Nel corso del tempo, la variante genetica per la pelliccia più scura è diventata più comune nella popolazione.
Geni benefici di Neanderthal
La stessa introgressione adattiva si è verificata con il DNA di Neanderthal., Alcuni geni si sono rivelati utili per gli esseri umani e non sono scomparsi dal DNA umano. Il 3% di DNA di Neanderthal può essere confrontato con diverse macchie gialle che galleggiano nella vernice umana rossa. Quali adattamenti ci hanno fornito questi geni di Neanderthal? Gli scienziati stanno facendo un catalogo di tutti i geni benefici che abbiamo ricevuto dai Neanderthal . Diamo un’occhiata ad alcuni di questi geni. Il gene microcefalina (MCPH1), ad esempio, assicura che lo sviluppo del cervello vada secondo i piani., Forse questo gene di Neanderthal ha reso gli esseri umani più intelligenti e meglio in grado di sopravvivere in territori inesplorati. Altri geni di Neanderthal, come il recettore olfattivo 12D3 (OR12D3), sono importanti per la digestione del cibo. Gli esseri umani che sono arrivati in Europa sono stati confrontati con tutti i tipi di nuovo cibo. I geni di Neanderthal li hanno aiutati ad adattarsi rapidamente a una nuova dieta. Alcuni geni potrebbero anche aver cambiato la forma dei nostri denti!
Diversi geni che gli esseri umani hanno ricevuto dai Neanderthal sembrano anche giocare un ruolo nel sistema immunitario, proteggendoci da alcune malattie., Questi geni producono proteine che cercano nel corpo umano batteri e virus nocivi. Quando ne incontrano uno, lo catturano e si assicurano che non danneggi più il corpo. Questo è simile a un agente di polizia che pattuglia le strade alla ricerca di criminali e metterli in prigione. Quando gli esseri umani arrivarono in Europa, incontrarono molte nuove malattie che non si verificano in Africa. I loro corpi non avevano familiarità con queste malattie e si ammalarono rapidamente., I Neanderthal, tuttavia, avevano affrontato queste malattie per migliaia di anni e il loro DNA aveva i geni giusti per combattere i virus e i batteri che hanno causato queste malattie europee. Quando gli esseri umani hanno ricevuto il DNA di Neanderthal, hanno anche ottenuto i geni per combattere i nuovi virus e batteri. Si potrebbe dire che gli esseri umani hanno una squadra di agenti di polizia familiarità con i criminali della zona. Che ha reso più facile per catturare i criminali e metterli in prigione. Come potete vedere da questi esempi, i geni di Neanderthal nel nostro DNA sono stati molto utili.,
Conclusione
Quindi, se non sei africano, il tuo DNA contiene un pizzico di geni di Neanderthal. Questi geni si sono bloccati perché probabilmente erano benefici per gli esseri umani, aiutando la nostra specie a sopravvivere fino ai giorni nostri. Guardando indietro, avrebbe potuto essere un bene che i nostri lontani antenati avevano figli con i Neanderthal. E, se ci pensate, i Neanderthal non si sono mai estinti-vivono nel DNA degli umani moderni.
Glossario
Ibrido: un incrocio tra due specie diverse.
Introgressione: scambio di DNA tra specie mediante ibridazione.,
Selezione naturale: il processo evolutivo mediante il quale gli organismi con tratti favorevoli hanno maggiori probabilità di riprodursi. In tal modo, trasmettono questi tratti alla generazione successiva. Nel tempo, questo processo consente agli organismi di adattarsi al loro ambiente.
Adattamento: un tratto che aumenta la sopravvivenza e la riproduzione di un individuo rispetto ad altri individui nella popolazione.,
Dichiarazione sul conflitto di interessi
L’autore dichiara che la ricerca è stata condotta in assenza di rapporti commerciali o finanziari che potrebbero essere interpretati come un potenziale conflitto di interessi.
Arnold, ML 2006. Evoluzione attraverso lo scambio genetico. New York, NY: Oxford University Press.