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

El neandertal de Chagyrskaya: endogàmia, ganglis basals i matemàtiques.

Ja tenim el tercer genoma neandertal (gairebé) publicat!

Es tracta d'un neandertal que va viure a la cova de Chagyrskaya, a les fredes muntanyes d'Altai fa uns 80.000 anys, i que formaria part d'un tercer llinatge neandertal desconegut fins ara (1).

La cova de Chagyrskaya

La publicació d'aquest genoma probablement té relació amb les excavacions que s'hi estan duent a terme, i que indiquen que la cova va ser ocupada per almenys dos grups diferents de neandertals, el darrer dels quals va habitar la regió fins fa uns 49.000 anys i estaria emparentat amb neandertals d'Europa de l'est (2). 

Les dades genètiques i arqueològiques indiquen que els primers neandertals haurien arribat a Sibèria fa almenys 120.000 anys (3), i sembla que haurien estat reemplaçats en fa uns 90.000 per un llinatge més proper als neandertals europeus.

Curiosament, els neandertals de la primera migració sembla que van intercanviar material genètic amb un grup d'humans moderns (4). En canvi, aquest component no el trobem al neandertal de Chagyrskaya ni tampoc als neandertals de més a l'oest.

Alguns d'aquests darrers s'haurien barrejat amb els denisovans, tal com ho testifica la Denny, que tenia un pare d'aquest darrer grup i una mare neandertal (5), i també diversos genomes de denisovans que tenen un percentatge significatiu de gens neandertals.

Si hem de fer cas del que ens diuen els genomes dels homínids, Sibèria es va convertir durant bona part del pleistocè un dels punts més calents del planeta. 

Curiosament, la mare de la Denny estaria emparentada amb aquest neandertal de Chagyrskaya però no amb el neandertal d'Altai que va viure en una cova del mateix nom situada a 100 km uns 30.000 anys abans i que representaria una via morta.

També seria una via morta el mateix neandertal de Chagyrskaya, que aparentment no ha deixat rastre en les poblacions actuals. 

Per tant, les muntanyes d'Altai haurien estat al mateix temps un punt de trobada i un punt de no retorn per a molts llinatges d'homínids que hi van passar.

Almenys dues migracions neandertals independents a Sibèria.

De manera similar al neandertal d'Altai, representant de la primera migració a Sibèria, el de Chagyrskaya també hauria viscut en grups reduïts d'un màxim de 60 individus.

La prova és que els quocients d'endogàmia dels neandertals siberians són significativament superiors al de les poblacions actuals, al dels denisovans estudiats fins ara i al del neandertal que va viure fa uns 50.000 anys a Vindija (Croàcia).

És possible hi tingui a veure el fet que Sibèria representés l'extrem més oriental de l'hàbitat dels neandertals, i que en aquelles terres hi hagués una densitat de població molt més baixa que a l'Europa de l'est.

A banda de les afinitats genètiques, els autors han remarcat que s'observa un bon nombre de mutacions en els genomes dels tres neandertals  que haurien resultat en canvis en el funcionament dels ganglis basals del cervell a l'estriat.

No se sap el per què de tot això, però és possible que aquestes estructures tinguessin una funció peculiar en els neandertals. Així mateix, també s'han detectat canvis en gens que s'expressen en regions del parietal associades amb la parla i el raonament matemàtic.


1. A high-coverage Neandertal genome from Chagyrskaya Cave
2. Archaeological evidence for two separate dispersals of Neanderthals into southern Siberia
3. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains
4. Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals
5. The genome of the offspring of a Neanderthal mother and a Denisovan father

CANÍBALS

Molts de nosaltres tenim una visió romàntica i totalment fora de lloc del que era la prehistòria. En part, aquesta visió esbiaixada ens l'hem creada a partir de les poques pel·lícules i documentals que s'han fet sobre el tema. Les historietes romàntiques, l'amistat amb animals i l'espiritualitat d'aquelles societats prehistòriques ens porta a pensar que els seus habitants eren feliços i vivien en societats pacífiques i harmonioses.

La realitat, però, era molt diferent. Tenim uns quants centenars fòssils de neandertals que ens fan pensar que la vida al Paleolític era d'allò més dura. Qualsevol homínid d'aquells s'hagués vengut al diable per viure la meitat de bé que nosaltres. Sigui com sigui, les societats neandertals tenien una sèrie de trets característics que les diferenciava de les nostres.

-Infantils: No n'hi ha cap dubte: els neandertals eren una nació de nens. La majoria de fòssils de què disposem indiquen que almenys el 50% de la seva població eren nens (i del 50% restant, la major part eren adolescents que encara no havien finalitzat el creixement).

-Esguerrats. A tots ens ve al cap el típic neandertal fort i musculós, però el cert és que la majoria de fòssils mostren un bon nombre de lesions -probablement derivades d'accidents de caça- algunes de les quals haurien inhabilitat parcial o totalment la persona, que s'hauria vist obligada a dependre de la resta del grup.

-Desdentats. No ens oblidem pas de les dents. Els neandertals les feien servir per a múltiples usos, i entre això i que no se les devien respatllar gaire sovint, m'imagino que no tenien uns somriures gaire fotogènics. Si només fos l'estètica, rai! Les càries i altres infeccions eren freqüents, i probablement es traduïen en un dolor insuportable i mal alè (de fet, alguns neandertals sembla que mastegaven herbetes medicinals per a alleujar una mica el dolor...).

Les dents de Shanidar 1 no fan massa bon aspecte...

-Caníbals. Les mostres de canibalisme no són exclusives dels neandertals, i el fet que alguns grups practiquessin el canibalisme no significa que fossin més cruels que nosaltres, ni molt menys. Segurament, aquells humans es veien obligats a atacar membres de la seva espècie i menjar-se'ls quan no era possible trobar aliment. Alguns cops tenien tanta gana que sembla que ni es paraven a coure aquestes delicatessen, entre les quals s'hi trobaven llengües, cervells i medul·les òssies d'infants (que no hem dit que eren una nació de nens?). 

-Explotació infantil. Jutjant pel nombre i tipus d'alteracions que presenten els esquelets infantils, els nens neandertals probablement no tenien gaires oportunitats de gaudir de la infància. Segurament, a ells els devia passar una mica com a en Michael Jackson: tan bon punt eren destetats, a l'edat d'aproximadament cinc anys, els manaven fer tasques d'adults (=treballar).

-Poca compassió. Sembla ser que la majoria de fòssils trobats tenen una proporció molt més elevada de ferides al tronc superior que a les extremitats inferiors. Això es tradueix en què els individus amb problemes de mobilitat que probablement no podien caçar eren vists com una càrrega i abandonats a la seva sort. 

-Endogàmia. L'anàlisi del genoma neandertal indica que aquests molt sovint triaven algú del mateix clan com a parella. Això probablement era degut a què els grups eren molt reduïts i es trobaven força aïllats els uns dels altres, i poques vegades tenien l'oportunitat d'intercanviar individus amb altres clans.

-La crisi dels 30. Només una minoria de neandertals arribaven a l'edat adulta (18 anys) i molt pocs passaven dels 35, una edat que ara mateix considerem "la flor de la vida". Els avis, per tant, eren molt escassos; de fet, ens preguntem si això podria haver afectat d'alguna manera l'aspecte cultural (els avis són una font important de coneixement en aquest aspecte).

-Aïllament: Sembla ser que la majoria de clans neandertals consistien en 10-30 individus que rarament tenien contacte amb altres clans. L'aïllament podria haver fomentat o agreujat alguns aspectes de la vida neandertal, com ara l'endogàmia i la difusió i intercanvi d'idees amb altres clans. 

Resumint: la vida del neandertal típic era dura, curta, perillosa i plena de patiment de tot tipus. 

  

L'extinció neandertal: qüestió de mala sort?

Fa un parell de setmanes vaig comentar un estudi (1) que relacionava l'extinció neandertal amb la transmissió de malalties infeccioses portades pels humans moderns des d'Àfrica. Degut a les seves característiques, les poblacions neandertals haurien estat especialment vulnerables a aquestes infeccions, una mica com el que va passar a Amèrica amb l'arribada dels europeus. 

Si bé el plantejament i conclusions d'aquest estudi semblava d'allò més raonable tenint en compte el que sabem fins ara dels neandertals, ara n'acaba d'aparèixer un altre amb un plantejament i conclusions del tot diferents pel que fa a la seva extinció (2).

La culpa de tot plegat -és a dir, que apareguin estudis amb conclusions tan diferents amb pocs dies de diferència- la tenim nosaltres. Fa dècades que estem obsessionats amb l'extinció del neandertal, potser perquè ens recorda l'assassinat d'Abel per part del seu germà Caín (almenys els que ens hem llegit la Bíblia alguna vegada). Per això tothom parla de neandertals però s'oblida de les desenes, centenars o potser milers de poblacions humanes que s'han extingit o estan en perill d'extinció actualment.

Tornant a l'estudi publicat fa un parell de dies, els humans moderns (Caín) no haurien assassinat els neandertals (Abel), sinó que la mort d'Abel es deuria a factors aleatoris. Dit d'una altra manera: l'extinció neandertal va ser com jugar a la carambola (no sé exactament què és, però m'ha fet gràcia dir-ho): un joc d'atzar, producte del destí, de factors que no podem controlar.

En el cas dels neandertals, aquests factors es podrien resumir en tres punts segons els autors:

1) L'endogàmia o inbreeding. Sabem que la densitat de població era més aviat baixa durant la major part de la història neandertal. Això significa que les (poques) tribus que hi havia vivien a molts quilòmetres de distància les unes de les altres, cosa que dificultava l'intercanvi d'individus entre diferents clans. Total, que les unions entre membres de la mateixa família o clan eren d'allò més normals, amb tot el que això comporta.

2) Els efectes Allee, que afecten principalment les poblacions petites. Aquests efectes es tradueixen bàsicament en què els grups massa petits tenen dificultats afegides per a créixer i sobreviure. Els motius són diversos: hi ha menys individus que puguin anar a caçar (cal tenir en compte que gran part de la població neandertal eren nens...), menys individus per cuidar els més necessitats, menys oportunitats de triar parella, menys capacitat de defensar-se dels predadors...

3) El tercer factor tindria a veure amb fluctuacions naturals que afectarien la proporció entre sexes (imagineu-vos que dins d'un grup les poques femelles fèrtils que hi ha només tenen nenes) i les taxes de natalitat i de mortalitat (com mes petit sigui el grup, més afectat es veurà si alguns dels seus membres moren, o la mortalitat infantil és molt elevada).

Els autors han destacat que els humans moderns podrien haver fragmentat l'habitat dels neandertals en iniciar la seva expansió a Euràsia fa 40-50.000 anys. Això els hauria fet encara més vulnerables als tres factors esmentats en augmentar la distància (i per tant, l'aïllament) entre els diferents clans. Malgrat tot, la seva extinció podria haver passat perfectament sense l'arribada dels moderns. Total, que Abel hauria mort principalment per causes naturals.

M'agradaria saber com explicarien els autors dels dos estudis l'extinció dels denisovans fa aproximadament 40.000 anys. Sembla que, a diferencia dels neandertals, aquests eren força diversos genèticament parlant (o almenys hi ha indicis que la seva població estava més estructurada que la dels neandertals (3)). Aquí probablement no hi valdrien les malalties infeccioses ni l'alt grau d'endogàmia. I, per cert, si neandertals i denisovans van coexistir durant centenars de milers d'anys, com és que cap dels dos no es va extingir fins en fa 40.000?

1. Disease transmission and introgression can explain the long-lasting contact zone of modern humans and Neanderthals
2. Inbreeding, Allee effects and stochasticity might be sufficient to account for Neanderthal extinction
3. Multiple Deeply Divergent Denisovan Ancestries in Papuans

Nombroses anomalies genètiques afectaven els últims neandertals d’El Sidrón

Algú recorda el faraó Tutankhamon? M’imagino que el nom us sona, encara que no el conegueu en persona. Potser alguns haureu relacionat Tutankhamon amb mort prematura, casaments entre germans i consanguinitat. I és que és cert que el pobre faraó, que va morir amb tan sols 18 anys, va patir molt probablement els efectes de la consanguinitat o endogàmia*, perquè els seus pares eren mig germans (és a dir, un dels dos progenitors era el mateix individu). Els faraons tenien la sort de poder triar parella, si així ho desitjaven, però el cas és que decidien no fer-ho per no embrutar la sang reial. El cas és que els pobres no devien haver llegit massa sobre els possibles efectes negatius de l’endogàmia* (o bé no els hi importava), i els matrimonis entre pare-filla o germà-germana eren relativament habituals a la dinastia de l’antic Egipte. 

De manera similar als faraons egipcis, els neandertals que van viure a El Sidrón (Astúries) fa aproximadament 49.000 anys, probablement tampoc no sabien gaire cosa sobre endogàmia, si tenim en compte els resultats d’un nou estudi que ha analitzat les restes de 1674 individus trobats jaciment (1). De fet, un alt índex de consanguinitat s’ha detectat al genoma del neandertal d’Altai, que pertanyia a una dona els progenitors de la qual mostraven un grau de parentiu comparable al de mig germans (2). Curiosament, els primers humans moderns d’Europa sembla que eren conscients dels afectes adversos de l’endogàmia, i evitaven unions entre membres de la mateixa família (3). 

I ara ve la part més dolorosa, que és fer-nos a la idea de com en devia ser de dura, l’existència d’aquells darrers neandertals. Imagineu-vos que heu de sortir cada dia a caçar cérvols, gaseles o cavalls (si teniu la sort de trobar-ne) i amb prou feines podeu aguantar el pes del vostre cos. Aquestes eren algunes malformacions congènites que afectaven aquells neandertals i que s’han relacionat amb els efectes de l’endogàmia (he fet una mica de classificació per fer-ho més comprensible): 

Anomalies hereditàries presents als neandertals d'El Sidrón (les xifres indiquen el nombre d'individus on s'han observat) associades a l'endogàmia.

-Nas: reducció de la fossa nasal interna. 

-Dents: retenció dels canins decidus. 

-Columna vertebral: fenedures a la primera vèrtebra cervical, hipoplàsia unilateral de la segona vèrtebra cervical, fenedura a la dotzena vèrtebra toràcica. 

-Caixa toràcica: costelles lumbars i toràciques reduïdes. 

-Mà: escafoides bipartit 

-Cames: ròtula tripartida 

-Peus: anomalia del peu esquerre i coalició cuboide-navicular. 

Els autors han arribat a la conclusió que l’endogàmia va jugar un rol important en l’extinció dels neandertals. Molt probablement, les poblacions neandertals que van viure al continent europeu fa 39.000-47.000 anys eren poques i estaven cada cop més fragmentades, cosa que significa que era difícil interactuar amb altres grups de neandertals, cosa que hauria afavorit l’endogàmia. Aquesta hipòtesi es veu reforçada per les malformacions genètiques que presentaven els neandertals d’El Sidrón. 

*El nombre de gens que tenim en comú dos individus amb un alt grau de parentiu, com ara cosins, germans o pares-fills, és més elevat del que tenim amb algú que no sigui de la nostra família. Com més semblants siguin els genomes dels progenitors, més probable serà que la seva progènie hereti dues còpies del mateix al·lel. Si aquest al·lel és recessiu (es necessiten dues còpies perquè tingui un efecte en el fenotip) i està associat a una malaltia hereditària, aleshores aquesta és més probable que es manifesti com més alt sigui el grau de consanguinitat.

1. Skeletal Anomalies in The Neandertal Family of El Sidrón (Spain) Support A Role of Inbreeding in Neandertal Extinction
2. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains
3. Ancient genomes show social and reproductive behavior of early Upper Paleolithic foragers