Ik wil met jullie praten
over wat we kunnen leren van het bestuderen
van de genomen van levende
en uitgestorven mensen.
Maar eerst
wil ik even in herinnering brengen wat je al weet:
dat onze genomen, ons erfelijk materiaal in ons lichaam,
in bijna alle cellen in de chromosomen
in de vorm van DNA zijn opgeslagen.
Dit is de beroemde dubbele-helixmolecuul.
De genetische informatie
is opgeslagen in de vorm van een reeks
van vier basen
afgekort voorgesteld met de letters A, T, C en D.
De informatie is er dubbel aanwezig -
een reeks op elke streng -
wat belangrijk is, want als er nieuwe cellen
worden gevormd, gaan deze strengen uit elkaar,
nieuwe strengen worden gesynthetiseerd met de oude als sjablonen
in een bijna perfect proces.
Maar niets in de natuur
is natuurlijk helemaal perfect,
dus wordt er soms een fout gemaakt
en een verkeerde letter ingebouwd.
We kunnen dan het resultaat
van deze mutaties zien
wanneer we DNA-sequenties,
bij ons hier bijvoorbeeld, vergelijken.
Als we mijn genoom vergelijken met jullie genoom
dan zal er ongeveer om de 1200, 1300 letters
een verschil tussen ons opduiken.
Deze mutaties zullen zich bijna evenredig
in de loop van de tijd ophopen.
Vergeleken met een chimpansee zullen we meer verschillen zien.
Ongeveer een letter per honderd
zal verschillen van een chimpansee.
Als je dan geïnteresseerd bent in de geschiedenis
van een stukje DNA, of het hele genoom,
kan je de geschiedenis van het DNA
uit deze waargenomen verschillen reconstrueren.
Meestal beelden we onze ideeën over deze geschiedenis af
in de vorm van bomen zoals deze hier.
In dit geval is het heel simpel.
De twee menselijke DNA-sequenties
gaan terug naar een vrij recente gemeenschappelijke voorouder.
Verder terug is er een gemeenschappelijke met de chimpansees.
Omdat deze mutaties
zich min of meer gelijkmatig in de tijd voordoen,
kan je deze verschillen
herleiden naar schattingen van de tijdsduur.
Zo kunnen twee mensen
een gemeenschappelijke voorouder van ongeveer een half miljoen jaar geleden delen.
Met chimpansees
zal dat in de orde van vijf miljoen jaar geleden zijn.
In de laatste paar jaar zijn er
technologieën ontwikkeld
waarmee vele, vele stukjes DNA erg snel kunnen worden bekeken.
In enkele uren tijd
kan een heel menselijk genoom worden bepaald.
Ieder van ons heeft natuurlijk twee menselijke genomen -
een van onze moeders en een van onze vaders.
Ze zijn ongeveer drie miljard van dergelijke letters lang.
We zullen zien dat de twee genomen in mij
of een genoom van mij dat we willen gebruiken,
ongeveer drie miljoen verschillen
of iets van die orde zal bevatten.
Ook wordt het mogelijk
om te zeggen hoe deze genetische verschillen
verspreid zijn over de hele wereld.
Zo vind je
een zekere mate van genetische variatie in Afrika.
Buiten Afrika
vind je minder genetische variatie.
Dit is natuurlijk verrassend
omdat er zes tot acht keer minder mensen
in Afrika dan buiten Afrika leven.
Maar de mensen in Afrika
vertonen meer genetische variatie.
Bovendien hebben bijna al deze genetische varianten
die we buiten Afrika zien
nauw verwante DNA-sequenties
met die in Afrika.
Maar als je in Afrika kijkt,
is er een onderdeel van de genetische variatie
dat geen naaste verwanten erbuiten heeft.
Het model om dit uit te leggen
is dat een deel van de Afrikaanse variatie, maar niet alles,
is vertrokken en de rest van de wereld heeft gekoloniseerd.
Samen met de methoden om deze genetische verschillen te dateren,
heeft dit geleid tot het inzicht
dat de moderne mens -
mensen die in wezen niet te onderscheiden zijn van jou en mij -
vrij recent in Afrika evolueerde,
tussen de 100.000 en 200.000 jaar geleden.
Later, tussen 100.000 en 50.000 jaar geleden of zo,
gingen ze weg uit Afrika om
de rest van de wereld te koloniseren.
Ik zeg vaak
dat wij, vanuit genomisch perspectief,
allemaal Afrikanen zijn.
We leven vandaag de dag ofwel in Afrika
of in vrij recente ballingschap.
Een ander gevolg
van deze recente oorsprong van de moderne mens
is dat de genetische varianten
over het algemeen
wijd verspreid zijn in de wereld.
Ze hebben de neiging te variëren als gradiënten,
vanuit vogelperspectief tenminste.
Aangezien er vele genetische varianten bestaan
en ze verschillende dergelijke gradiënten vertonen,
betekent dit dat als we een DNA-sequentie bepalen -
een genoom van een individu -
we vrij nauwkeurig kunnen inschatten
waar die persoon vandaan komt,
op voorwaarde dat de ouders of grootouders
niet te veel hebben rondgereisd.
Maar betekent dit dan,
zoals veel mensen de neiging hebben om te denken,
dat er enorme genetische verschillen bestaan tussen groepen mensen -
op de verschillende continenten, bijvoorbeeld?
Nu kunnen we deze vragen ook beginnen te stellen.
Er is bijvoorbeeld een project gestart
om de sequentie op te stellen van een duizendtal individuen -
hun genoom - uit verschillende delen van de wereld.
Ze hebben dat gedaan voor 185 Afrikanen
van twee populaties in Afrika.
En voor ongeveer evenveel mensen
in Europa en in China.
We kunnen beginnen te zeggen hoeveel variantie we vinden,
hoeveel letters die variëren
in ten minste een van die afzonderlijke sequenties.
Het zijn er veel: 38 miljoen variabele posities.
Maar we kunnen vragen: zijn er absolute verschillen
tussen Afrikanen en niet-Afrikanen?
Misschien was dat wel het grootste verschil
waaraan de meesten van ons zouden denken.
En met absoluut verschil -
en ik bedoel een verschil
waar de mensen in Afrika op een bepaalde positie,
waar alle individuen - 100 procent - een letter hebben,
en iedereen buiten Afrika een andere letter zou hebben.
Het antwoord daarop is dat op die miljoenen van verschillen
er niet één enkele dergelijke positie is.
Dit kan verrassend zijn.
Misschien werd een enkel individu of zo onjuist geclassificeerd.
Misschien kunnen we het criterium een beetje
minder streng maken en zeggen: hoeveel functies vinden we
waarop 95 procent van de mensen in Afrika
één variant hebben,
en 95 procent een andere variant,
en het aantal is 12.
Dit is dus zeer verrassend.
Het betekent dat wanneer we kijken naar mensen
en je ziet een persoon uit Afrika
en een persoon uit Europa of Azië,
we voor één enkele positie in het genoom met 100 procent nauwkeurigheid,
niet kunnen voorspellen welk gen de persoon zou hebben.
En alleen voor 12 posities
kunnen we hopen dat we voor 95 procent goed zouden zitten.
Dit kan verrassend zijn,
omdat we door te kijken naar deze mensen
heel gemakkelijk kunnen zeggen waar zij of hun voorouders vandaan kwamen.
Dit betekent nu
dat die eigenschappen waar we naar kijken
en zo gemakkelijk herkennen -
gelaatstrekken, huidskleur, haarstructuur -
niet bepaald worden door enkele genen met grote effecten,
maar bepaald worden door veel verschillende genetische varianten
die lijken te variëren in frequentie
tussen de verschillende delen in de wereld.
Er is nog iets met deze eigenschappen
die we zo gemakkelijk observeren bij elkaar
waarvan ik denk dat het de moeite waard is om te overwegen.
Dat is dat, in een zeer letterlijke zin,
ze echt aan de oppervlakte van ons lichaam zitten.
Ze zijn wat we net hebben gezegd -
gelaatstrekken, haarstructuur, huidskleur.
Er zijn ook een aantal kenmerken
die variëren tussen de continenten, zoals
die te maken hebben met hoe we voedsel verteren,
of die te maken hebben
met hoe ons immuunsysteem omgaat met microben
die proberen om ons lichaam binnen te vallen.
Maar dat zijn allemaal delen van ons lichaam
waar we heel direct contact maken met onze omgeving,
in een directe confrontatie, als je wil.
Het is gemakkelijk je voor te stellen
hoe vooral die delen van ons lichaam
snel werden beïnvloed door selectie uit de omgeving
en de frequenties van genen veranderden
die erbij betrokken waren.
Maar als we kijken naar andere delen van ons lichaam
zonder directe interactie met de omgeving -
onze nieren, onze lever, ons hart -
dan is er geen manier om te zeggen,
door alleen te kijken naar deze organen,
waar ter wereld ze vandaan zouden komen.
Er is nog een interessant iets
af te leiden uit dit besef
dat de mens een recente gemeenschappelijke oorsprong heeft in Afrika
en dat is dat toen deze mensen
ongeveer 100.000 jaar geleden of zo op het toneel verschenen,
zij niet de enigen op de planeet waren.
Er kwamen andere vormen van mensen voor,
de meest bekende misschien de Neanderthalers -
deze robuuste vormen van mensen.
Vergelijk het skelet links hier
met een modern menselijk skelet rechts.
Ze bestonden in West-Azië en Europa
al enkele honderdduizenden jaren.
Een interessante vraag is:
wat gebeurde er toen we elkaar ontmoetten?
Wat gebeurde er met de Neanderthalers?
Om dergelijke vragen te beantwoorden
werkt mijn onderzoeksgroep - sinds meer dan 25 jaar -
aan methoden om DNA te extraheren
van resten van Neanderthalers
en uitgestorven dieren
die tienduizenden jaren oud zijn.
Dit impliceert veel technische problemen,
over hoe je het DNA extraheert en
hoe je het converteert naar een vorm waarvan je de sequentie kan opstellen.
Je moet heel zorgvuldig te werk gaan
om te voorkomen dat je de experimenten
met DNA van jezelf verontreinigt.
Dit, in combinatie met deze methoden
die het mogelijk maken dat van heel veel DNA-moleculen zeer snel de sequentie wordt opgesteld,
liet ons vorig jaar toe
de eerste versie van het Neanderthalergenoom voor te stellen.
Jullie kunnen nu op het internet
het Neanderthalergenoom terugvinden.
Of in ieder geval de 55 procent ervan
die we tot nog toe konden reconstrueren.
We kunnen het nu vergelijken met de genomen
van de mensen van vandaag.
Je kan nu
vragen:
wat gebeurde er toen we elkaar ontmoetten?
Zijn we al dan niet met elkaar vermengd geraakt?
Daarom kijken we
naar de Neanderthaler uit Zuid-Europa
en vergelijken zijn genoom met de genomen
van de mensen die er vandaag de dag wonen.
We beginnen
met paren van individuen,
te beginnen met twee Afrikanen.
We kijken naar twee Afrikaanse genomen,
zoeken plaatsen waar ze van elkaar verschillen
en vragen in elk geval: hoe ziet dat van een Neanderthaler er uit?
Komt het overeen met dat van een van de Afrikanen?
We verwachten geen verschil
omdat de Neanderthalers nooit in Afrika zijn geweest.
Ze moeten gelijk zijn want er is geen reden om dichter
bij de ene dan bij de andere Afrikaan te liggen.
Dat is inderdaad het geval.
Statistisch gezien is er geen verschil
in hoe vaak de Neanderthaler overeenkomt met de ene of de andere Afrikaan.
Maar het is anders
als we kijken naar de Europeaan en een Afrikaan.
Dan komt
een Neanderthaler significant vaker overeen met de Europeaan
dan met de Afrikaan.
Hetzelfde geldt als we kijken naar een Chinees
en een Afrikaan.
De Neanderthaler zal vaker overeenkomen met de Chinees.
Dit kan ook verrassend zijn
omdat de Neanderthalers nooit in China waren.
Het model dat we hebben voorgesteld om dit uit te leggen
is dat wanneer de moderne mens uit Afrika kwam
ongeveer 100.000 jaar geleden,
ze Neanderthalers tegenkwamen.
Vermoedelijk eerst in het Midden-Oosten
waar Neanderthalers woonden.
Nadat ze zich dan met elkaar vermengden,
namen die moderne mensen,
de voorouders
van iedereen buiten Afrika,
deze Neanderthalercomponent met zich mee in hun genoom
naar de rest van de wereld.
Zodat vandaag de dag de mensen buiten Afrika
ongeveer twee en een half procent van hun DNA
van de Neanderthalers hebben.
Nu hebben we een Neanderthalergenoom
als referentiepunt
en de technologieën
om oude restanten te onderzoeken
en het DNA te extraheren.
We kunnen nu beginnen om deze kennis elders in de wereld toe te passen.
Voor het eerst hebben we dat gedaan in Zuid-Siberië
in het Altai gebergte
op een plaats Denisova genaamd.
In een grotsite op deze berg hier,
vonden archeologen in 2008
een heel klein stukje bot -
dit is er een kopie van -
uit het laatste kootje
van een pink van een mens.
Het was goed genoeg bewaard gebleven
om het DNA van deze persoon te bepalen.
Eigenlijk zelfs beter
dan voor de Neanderthalers.
We begonnen dit DNA te vergelijken met het Neanderthalergenoom
en met dat van de huidige mens.
We vonden dat de DNA-sequenties van deze persoon
een gemeenschappelijke oorsprong
hadden met die van de Neanderthalers van rond 640.000 jaar geleden.
Verder terug, zo’n 800.000 jaar geleden,
is er een gemeenschappelijke oorsprong
met de huidige mensen.
Deze persoon is dus afkomstig van een populatie
van dezelfde oorsprong als de Neanderthalers,
maar ver terug en na een lange onafhankelijke geschiedenis.
We noemen deze groep van mensen
die we dan voor het eerst beschreven
aan de hand van dit kleine, piepkleine stukje bot,
de Denisovans,
naar de plaats waar ze voor het eerst werden beschreven.
We kunnen dan dezelfde vragen stellen over de Denisovans
als over de Neanderthalers:
hebben ze zich vermengd met de voorouders van de huidige mensen?
Als we die vraag stellen,
en het Denisovangenoom vergelijken
met mensen van over de hele wereld,
vinden we verrassend genoeg
geen bewijs van Denisovan-DNA
bij alle mensen vandaag in de buurt van Siberië.
Maar we vinden het terug in Papoea-Nieuw-Guinea
en in andere eilanden in Melanesië en de Pacific.
Dit betekent waarschijnlijk
dat deze Denisovans meer verspreid waren in het verleden,
omdat we niet denken dat de voorouders van Melanesiërs
ooit in Siberië waren.
Door het bestuderen van
het genoom van uitgestorven mensen,
beginnen we te komen tot een beeld van hoe de wereld eruit zag
toen de moderne mens uit Afrika kwam.
In het Westen waren er Neanderthalers,
in het Oosten Denisovans -
misschien ook nog andere vormen van mensen
die we nog niet hebben beschreven.
We weten niet precies waar de grenzen tussen deze mensen lagen,
maar we weten dat in Zuid-Siberië
er ooit in het verleden
zowel Neanderthalers als Denisovans waren.
Dan ontstond ergens in Afrika de moderne mens.
Hij verliet Afrika, vermoedelijk naar het Midden-Oosten.
Ze ontmoeten de Neanderthalers, vermengden zich met hen
en verspreidden zich verder over de hele wereld.
Ergens in Zuidoost-Azië
ontmoetten ze de Denisovans en vermengden zich met hen
en reisden verder naar de Stille Oceaan.
Deze vroegere vormen van de mens verdwenen
maar ze leven vandaag een klein beetje verder
in sommigen van ons -
doordat mensen buiten Afrika twee en een half procent
van hun DNA van de Neanderthalers hebben
en mensen in Melanesië
ongeveer een extra vijf procent
van de Denisovans.
Betekent dat dan dat er
een aantal absolute verschillen zijn
tussen de mensen buiten Afrika en binnen Afrika
doordat mensen buiten Afrika
deze oude component van deze uitgestorven vormen
van de mens in hun genoom hebben,
terwijl dat niet zo is voor de Afrikanen?
Nou, ik denk niet dat dat het geval is.
Vermoedelijk ontstond de moderne mens
ergens in Afrika.
Ze verspreidden zich natuurlijk ook over Afrika
en er waren daar ook nog oudere, eerdere vormen van mensen.
Omdat we elders vermengd zijn,
ben ik er vrij zeker van dat op een dag,
wanneer we misschien ook een genoom
van deze eerdere vormen in Afrika zullen hebben gevonden,
we zullen zien dat ze ook vermengd waren
met vroege moderne mensen in Afrika.
Dus kort samengevat:
wat hebben we geleerd van het bestuderen van het genoom
van de huidige mensen
en de uitgestorven mensen?
We leerden misschien wel veel dingen,
maar een ding dat ik belangrijk vind om te vermelden, is
de les dat we ons altijd hebben vermengd.
We hebben ons vermengd met deze eerdere vormen van mensen,
waar we ze ook ontmoetten,
en we vermengden ons sinds die tijd altijd met elkaar.
Dank voor jullie aandacht.
(Applaus)