La peculiar història dels cromosomes Y neandertals

M'agradaria poder deixar de parlar de neandertals, però és que no paren de sortir estudis interessantíssims!

Fa poc vam saber que alguns neandertals portaven un ADN mitocondrial (ADNmt*) que era més similar al de les poblacions actuals que no pas al d'altres homínids, com ara els denisovans i els seus avantpassats H. heidelbergensis (1).

*L'ADNmt es transmet per via materna, i el fet que sigui més petit i en tinguem moltes més còpies que no pas d'ADN genòmic fa que sigui més fàcil de recuperar i estudiar que no pas aquest últim. 

L'ADNmt dels avantpassats neandertals va ser reemplaçat per llinatges africans fa uns 400.000 anys.

L'ADN genòmic explica una història diferent de l'ADNmt: neandertals i denisovans estan més emparentats entre sí que no pas cap d'ells als humans moderns. Fins i tot hi ha gent que parla de "neandersovans/denisothals" per a referir-se a aquesta branca d'homínids.

D'entre totes les explicacions possibles, la més plausible és que, en algun moment, una població africana es va endinsar a les terres neandertals i va acabar reemplaçant tots els llinatges d'ADNmt previs.

Aquest nou estudi indica que una cosa semblant va passar amb el cromosoma Y neandertal: els pocs llinatges estudiats fins ara, pertanyents a tres neandertals, són significativament més similars als que trobem a les poblacions modernes que no pas als de dos denisovans (2).

Els cromosomes Y neandertals formen un clade amb els dels humans moderns respecte els denisovans, però són alhora més divergents que l'haplogrup més ancestral trobat en poblacions actuals, l'A00.

Aquest haplogrup només es troba a molt baixa freqüència en poblacions de l'oest d'Àfrica i els seus descendents (3), i hauria divergit de la resta fa almenys 250.000 anys segons aquest estudi.

Els cromosomes Y neandertals formarien un grup independent dels dels humans moderns.

Els cromosomes Y neandertals i els dels humans moderns haurien divergit fa uns 370.000 anys, un temps significativament menor que els 700.000 anys estimats per a la divergència dels cromosomes Y denisovans dels del llinatge representat pels neandertals/humans moderns.

La qüestió és sorprenent tenint en compte que no hi ha indicis d'introgressió de poblacions d'H. sapiens al genoma dels neandertals que van viure fa 40-50.000 anys (4). 

Per tant, la contribució genètica d'aquest hipotètic grup africà devia ser limitada, però suficient per a reemplaçar el seu ADNmt i cromosomes Y.

Però, per què? Per què aquesta població africana va reemplaçar tots els haplogrups neandertals de l'ADNmt i el cromosoma Y fa més de 300.000 anys? Que no els hi servien, els que tenien abans?

Bé doncs, sembla que no del tot. Els haplogrups africans podrien haver estat una mica més diversos i portar menys mutacions deletèries, que solen acumular-se en poblacions petites on hi ha molta endogàmia.

Fent simulacions, els autors han trobat que només cal introduir un  percentatge limitat d'introgressió (al voltant del 5%) i una lleugera disminució de la fitness degut a mutacions deletèries (2%) als seus cromosomes Y per a explicar el que observem.

És possible que els efectes de les mutacions deletèries fossin encara més dràstics en el cas del cromosoma Y que no pas de l'ADNmt, on s'hi troben molts gens relacionats amb la fertilitat. 

És curiós que últimament s'hagi parlat tant de les incompatibilitats genètiques entre humans moderns i neandertals, i que s'hagin trobat indicis de selecció negativa al cromosoma Y en poblacions no-africanes. 

El crani d'Apidima 1 indica possibles migracions des d'Àfrica a Euràsia fa >200.000 anys.

Per tant, aquests cromosomes Y "africans" dels neandertals també devien començar a perdre la fitness en algun moment... no sé si m'explico.

A les poblacions no-africanes, sembla que l'ADN neandertal es troba infrarepresentat al cromosoma Y respecte la resta del genoma (també és el cas del cromosoma X i a prop de regions gèniques).  

Aquesta dada s'ha interpretat com que les diferències genètiques entre els dos grups humans haurien estat prou notables per a donar lloc a incompatibilitats a l'hora de tindre descendència (5). 

Sorprenentment, ara veiem que aquests cromosomes Y neandertals són més propers als dels humans moderns que els dels denisovans, fet que també s'observa en el cas de l'ADNmt. 

Quants "Fora d'Àfrica" hi ha hagut en els darrers 700.000 anys? Podrem identificar mai aquesta població africana? Podria estar relacionada amb els fòssils d'Apidima (6)? 

1. Deeply divergent archaic mitochondrial genome provides lower time boundary for African gene flow into Neanderthals

2. The evolutionary history of Neandertal and Denisovan Y chromosomes

3. Ancient West African foragers in the context of African population history

4. Reconstructing the genetic history of late Neanderthals

5. The Genetic Cost of Neanderthal Introgression

6. Apidima Cave fossils provide earliest evidence of Homo sapiens in Eurasia

Fantasmes africans (I): els quatre llinatges d'humans moderns

L'Àfrica ha estat fins ara un continent oblidat pel que fa a l'anàlisi d'ADN antic. En comparació, tenim centenars de mostres d'Europa de diverses èpoques (mesolític, neolític tardà, neolític primerenc, paleolític mitjà i superior, epipaleolític, edat del ferro, edat mitjana...). 

Localització del jaciment arqueològic Shum Laka al Camerun.

El motiu principal d'aquesta escassetat d'ADN de mostres prehistòriques africanes són les condicions climàtiques, que fan que sigui molt difícil recuperar ADN antic amb prou quantitat i qualitat per als anàlisis.

Com que a l'Àsia i Amèrica també hi ha escassetat d'ADN antic, sospito que hi ha altres motius a banda del clima. Potser els científics africans i asiàtics estan menys interessats en conèixer la història genètica de la seva regió.

És una pena, perquè la meva sensació és que l'Àfrica guarda informació molt rellevant pel que fa a l'evolució humana, informació sense la qual no ens serà possible reconstruir els esdeveniments esdevinguts durant els últims dos milions d'anys.

Interior del jaciment de Shum Laka

Fins i tot he arribat a llegir que el Fora d'Àfrica, la teoria que s'ha acceptat com a universalment vàlida des de la dècada dels 80, podria patir modificacions importants en els propers anys. I una sèrie d'articles apareguts en els darrers mesos apunten en aquesta direcció.

El model que ens van ensenyar als millennials a l'escola de "TOTS els humans son originaris d'un petit grup que va viure a l'Àfrica fa 200.000 anys i va reemplaçar tota la resta de llinatges pre-moderns" està patint modificacions importants gràcies a l'ADN antic.

Un nou estudi (1) indica que l'Àfrica hauria estat poblada per almenys quatre llinatges d'humans moderns (Homo sapiens) fins fa 50.000 anys. Alguns d'aquests llinatges s'haurien barrejat donant lloc a les poblacions actuals d'Àfrica, mentre que d'altres s'haurien extingit gairebé completament.

En aquest estudi s'han analitzat restes de quatre individus juvenils del jaciment de Shum Laka, al nord-oest del Camerun, datats en 3000-8000 anys abans del present. Un dels nens portava l'haplogrup A00 al cromosoma Y, una de les branques més ancestrals i que només es troba en homes camerunesos i a molt baixa freqüència.

Curiosament, aquests individus no estan estretament emparentats amb els pobladors actuals de l'oest d'Àfrica, i en canvi mostren més similituds amb els habitants contemporanis d'Àfrica central. 

És complicat! Esquema dels tres llinatges ancestrals dels quals serien descendents la majoria de poblacions actuals (1, 2 i 3) i el llinatge "Fantasma Modern" (Ghost modern), que hauria contribuït només a les poblacions de l'oest d'Àfrica. La majoria de poblacions africanes actuals de qualsevol punt del continent són producte de la barreja de dos o més llinatges ancestrals, incloent-hi el Fantasma Modern.

Això indicaria que hi va haver importants migracions i reemplaçaments poblacionals fa <3000 anys a l'oest d'Àfrica. L'anàlisi del l'ADN d'aquests quatre individus ha permès descobrir l'existència de quatre llinatges d'humans a l'Àfrica, que van començar a expandir-se i diversificar-se des de l'est d'Àfrica fa 300-200.000 anys.

Un d'aquests llinatges hauria originat els caçadors-recol·lectors del sud del continent, com ara els Khoisan. Un altre seria ancestral a les poblacions d'Àfrica central, com ara els Mbuti, els Aka i els quatre individus del jaciment de Shum Laka.

Un altre llinatge hauria originat els actuals africans de l'oest (incloent-hi els Mende, Bantús, Yoruba i llinatges nord-africans com ara el representat per individus de la cultural Iber-Mauritana de Taforalt), els africans de l'est actuals i tots els no-africans.

Un quart llinatge fins ara desconegut hauria contribuït només a algunes poblacions de l'oest d'Àfrica com ara els Yoruba i els Mende. Aquest llinatge, que hauria divergit de la resta fa 250-200.000 anys i s'hauria barrejat posteriorment amb els avantpassats dels grups esmentats, ha estat batejat amb el nom de "Fantasma Modern".

Gràfic inferit a partir de l'anàlisi dels genomes dels individus de Shum Laka on s'hi mostra el parentiu genètic entre poblacions actuals africanes (les no-africanes es troben representades pels francesos) i extingides (el neandertal d'Altai i un llinatge "fantasma arcaic" africà), i les proporcions amb què cadascuna de les poblacions extingides hauria contribuït a les actuals.

També hi ha certa evidència genètica de l'existència d'un llinatge que hauria divergit molt abans que els quatre esmentats, i que els autors han anomenat "Fantasma Arcaic".

Aquest llinatge arcaic hauria fet una petita contribució genètica (2-3%) a la majoria de poblacions de l'oest d'Àfrica actuals, com ara els Yoruba i els Mende.

Les conclusions de l'estudi de Shum Laka són sorprenents: si només amb quatre individus d'un sol jaciment arribem a resultats tan sorprenents, imagineu-vos quan en tinguem centenars!

(1) Ancient West African foragers in the context of African population history

PDF: https://reich.hms.harvard.edu/sites/reich.hms.harvard.edu/files/inline-files/2020_Lipson_Nature_ShumLaka.pdf 

Qui eren i d'on venien els jomon del Japó?

I d’Àfrica ens n’anem al Japó! 

A molts us interessa l’exòtic i misteriós Japó per tot el que hi ha: anime, manga, temples, geishes, samurais, kanjis... a mi en canvi m'interessa pel que hi havia: els jomon, els petits (literalment) i misteriosos habitants del Japó fins fa pocs mil·lennis. Què se'n va fer d'ells i quin aspecte tenien? Quina és la seva relació amb poblacions antigues i actuals de l'est d'Àsia? 

Reconstrucció artística de l'aspecte dels jomon

Per tal de contestar aquestes i d’altres preguntes, un estudi força recent ha analitzat l’ADN genòmic de dos individus de la cultura jomon, un de cada sexe, que van viure a l’illa de Hokkaido fa 3500-3800 anys (1). Aquests individus sembla que serien descendents d’una migració que va arribar des del continent asiàtic al Japó durant el paleolític. Com que les restes més antigues de presència humana tenen més de 38.000 anys, els autors han proposat un vincle entre aquests primers pobladors i els jomon. 

Pel que fa al parentiu genètic entre els jomon i altres poblacions prehistòriques asiàtiques, els autors han remarcat que els avantpassats dels primers representarien un llinatge humà que es va separar dels avantpassats de la majoria d’asiàtics de l’est actuals després de Tianyuan, un fòssil trobat prop de Pequín i datat en 40.000 anys, però abans que els avantpassats dels nadius americans, en fa uns 25.000 (2). 

D’altra banda, el llinatge asiàtic del quan serien descendents els jomon hauria contribuït significativament a algunes poblacions actuals com ara japonesos, els ulch de l’est de Rússia, coreans, filipins i aborígens taiwanesos. Els parents vius més propers als jomon serien els ainu, l’ètnia autòctona de les illes Hokkaido, seguits dels ryukyuans de l’illa d’Okinawa. Els autors també han trobat que l’home portava l’haplotip D1b2b al cromosoma Y, que es troba a molt baixa freqüència en els japonesos actuals. L'haplotip mitocondrial, que es transmet per via materna, seria el mateix en els dos individus: N9b1b, que es troba a baixa freqüència (<5%) en els japonesos actuals.

Els autors també han descobert que la dona jomon portava una variant genètica (p.Pro479Leu) a la proteïna CPT1A que es troba associada al metabolisme dels àcids grassos i és relativament freqüent (>50%) en poblacions de l’àrtic com ara els inuit i els koriaks. Suposadament, aquesta variant seria avantatjosa en aquestes poblacions, perquè la seva dieta és rica en greixos d’origen animal.

1. Late Jomon male and female genome sequences from the Funadomari site in Hokkaido, Japan
2. Early human dispersals within the Americas

L’origen de l’homo sapiens, desplaçat uns quilòmetres cap al sud

Tothom recorda els anys 80 i la famosa teoria de l’Eva mitocondrial. Segons aquesta teoria, tots els humans actuals seríem descendents d’una dona que va viure a l’Est d’Àfrica fa aproximadament 200.000 anys (1).

Els resultats, que es basaven en l’anàlisi de l’ADN mitocondrial (ADNmt), que es transmet únicament de mares a fills, van mostrar que els clades més antics es trobaven a l’Àfrica, i que les poblacions de la resta del món serien descendents d’un petit grup d’africans que va abandonar l'Àfrica fa aproximadament 60.000 anys. Aquest estudi va ser recolzat posteriorment pels anàlisis del cromosoma Y, que es transmet exclusivament per via paterna i que apuntava que l’Adam era també d’origen africà, i per l’ADN nuclear, que s’hereta de tots dos progenitors. 

Aquesta teoria, que va ser batejada com a «Out of Africa (OOA)», va suposar un cop molt dur per a alguns multiregionalistes, que havien defensat durant dècades que les poblacions d’Àfrica, Àsia i Europa havien evolucionat a partir d’homínids que habitaven en aquestes àrees des de feia centenars de milers d’anys, com ara els erectus i els neandertals (els denisovans encara no s’havien descobert). 

A dia d’avui, si bé les conclusions principals del OOA no han estat del tot desmentides, sí que el model ha hagut de re-ajustar-se a noves troballes, com ara la introgressió amb altres (sub)espècies d’homínids d’Euràsia i el lloc i temps en què van viure l’Eva i l’Adam africans. El cas és que les bases de dades no paren de créixer i actualitzar-se, i això significa que cada cop tenim més mostres que ens permeten fer anàlisis més precisos i rigorosos. Molts dels estudis que van aparèixer fa només 10 anys i que semblaven d’allò més robustos, han estat parcial o totalment desmentits per en qüestió de dos o tres anys. L’Adam africà, sense anar més lluny, se suposava a inicis dels 2000 que havia viscut feia 60.000 anys (2), però aquesta data s’ha endarrerit recentment fins als 300.000 per la presència d’alguns haplogrups del cromosoma Y molt antics a l'Àfrica (3). 

Àrea on es van originar i des d'on es van expandir els humans moderns segons l'estudi de Chan et al. (2019)

Pel que fa a l’Eva mitocondrial africana, un nou estudi suggereix que aquesta no hauria viscut pas a l’Est, sinó uns quants quilòmetres més avall, al territori que és avui en dia Botswana (4). Aquest estudi indica que alguns subclades de l’haplogrup mitocondrial L0 (L0d1’2, L0k i L0g) s’haurien mantingut geogràficament aïllats a les poblacions de l'ètnia Khoisan al sud del riu Zambezi (que neix a Zàmbia i desemboca al canal de Moçambic). L’haplogrup L0 hauria aparegut fa aproximadament 200.000 anys, i no hauria estat fins al cap de 70.000 anys (és a dir, en fa 130.000) que aquestes poblacions s’haurien desplaçat cap al nord-est i sud-oest. Els autors associen aquestes migracions a factors climàtics, com ara un increment de la humitat, que hauria obert corredors de vegetació, des d’on aquestes poblacions s’haurien expandit. 

Aquest estudi no ha analitzat el cromosoma Y ni tampoc l’ADN nuclear d’aquestes poblacions africanes, que podrien explicar una ben història diferent. També m’ha cridat l’atenció que els Khoisan (o grups emparentats amb ells) hagin viscut al mateix territori durant 200.000 anys tenint en compte els nombrosos i constants re-emplaçaments poblacionals quan han patit les poblacions a la resta del món només en els darrers 10.000 anys (un exemple). D’altra banda, tenim evidència genètica d’expansions fora d’Àfrica més antigues de 130.000 anys (el neandertal d’Altai n’és un exemple (5)). Total, un estudi més dels molts que s'han fet i es faran assegurant-nos haver trobat el lloc d'origen de l'home modern.

1. A Geographically Explicit Genetic Model of Worldwide Human-Settlement History
2. Recent common ancestry of human Y chromosomes: Evidence from DNA sequence data
3. A recent bottleneck of Y chromosome diversity coincides with a global change in culture
4. Human origins in a southern African palaeo-wetland and first migrations
5. Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals

L’extinció del mascle ibèric

Un estudi aparegut uns mesos indica que fa aproximadament 4.000 anys, els haplogrups del cromosoma Y (que es transmet únicament per via paterna) típics de la península ibèrica van ser completament substituïts per uns de forans (1). Els autors de l’estudi han confirmat aquests resultats després d’estudiar l’ADN de nombrosos individus que han habitat la península ibèrica en els darrers 8.000 anys. Òbviament, l’estudi ha arribat a més conclusions, però aquesta ha estat la més cridanera, car un no s’espera que tots els homes desapareguin de sobte i les dones no. Normalment, quan hi ha una catàstrofe natural, aquesta afecta homes, dones i nens per igual. Però en aquest cas no va ser així, fet que ens fa pensar que no es va tractar de cap fet aleatori, sinó premeditat. 

Contribucions genètiques més destacades a les poblacions de la península ibèrica en els darrers 8.000 anys

Els autors han volgut donar una explicació bastant en -el meu parer- endolcida: les dones simplement van preferir els nouvinguts -provinents de l’estepa russa, segons sembla- perquè tenien un estatus social més elevat i no hi ha evidència de violència al registre fòssil. Ja sabem que els ingressos econòmics compten a l’hora de triar parella, però realment aquelles iberes eren tan... materialistes? 

Si cerquem exemples de poblacions on els llinatges del cromosoma Y (però no els de l’ADN mitocondrial, que es transmet per via materna) van abruptament ser reemplaçats, en trobarem uns quants: els taïnos de Puerto Rico, els guanxes de les illes Canàries i els indígenes de bona part d’Amèrica del Sud. I en tots aquests casos el que va passar va ser, parlant en termes generals, que els colonitzadors -la major part d’ells homes heterosexuals- van assassinar els homes i es van quedar les dones. Per tant, no veig per què no hauria pogut passar el mateix a la península ibèrica fa 4.000 anys. 

Els simpàtics turistes de l’estepa russa podrien haver parlat algun idioma indoeuropeu, però això no està gens clar perquè els bascos són un dels pobles de la península on els llinatges d’aquests homes hi són més freqüents i la seva llengua no és d’arrel indoeuropea. Per tant, o bé aquests individus eren un conjunt de tribus que parlaven idiomes diferents o bé van adoptar l’idioma de les dones autòctones. 

L’article també destaca altres esdeveniments amb implicacions potser menys dràstiques pel que fa a la genètica ibèrica, com ara contactes esporàdics entre la península i el Nord d’Àfrica fa uns 4.500 anys i flux gènic del Nord d’Àfrica i de l’est del Mediterrani a partir de l’època romana, que va alterar la genètica de totes les poblacions de la península menys les del País Basc.

Ara m'ha vingut al cap aquella frase tan cèlebre que vaig sentir a Parc Juràssic 1: un descobriment sempre és una violació del món natural. Potser hagués estat més fàcil i savi ignorar esdeveniments com aquests. Tanta violència i reemplaçaments em deprimeix, vaig a buscar alguna cosa d'art rupestre o dels adhesius neandertals a veure si m'animo.

• (1) The genomic history of the Iberian Peninsula over the past 8000 years