Doresc să vă vorbesc
despre ce putem învăța din studiul genomilor
oamenilor în viață
și ai oamenilor dispăruți.
Dar înainte,
doresc să vă reamintesc pe scurt ceva ce știți deja:
anume că genomul nostru, materialul nostru genetic,
e stocat în aproape toate celulele din corpurile noastre în cromozomi,
sub formă de ADN,
faimoasa moleculă dublu-spiralată.
Informația genetică
e conținută sub forma unei secvențe
formată din patru baze
abreviate cu literele A, T, C și G.
Și informația se află acolo de două ori --
o dată pe fiecare lanț --
ceea ce este important,
deoarece când se formează celule noi, aceste lanțuri se desprind,
noi lanțuri sunt sintetizate după modelul celor vechi
într-un proces aproape perfect.
Dar nimic, desigur, în natură
nu e total perfect,
și câteodată o eroare se produce
și o literă greșită e adăugată.
Putem vedea rezultatul
unor astfel de mutații
când comparăm secvențele ADN
printre noi cei din încăpere, de exemplu.
Comparând genomul meu cu al dvs.,
aprox. 1200-1300 litere
vor fi diferite între noi.
Și aceste mutații se acumulează
proporțional cu trecerea timpului.
Dacă ne comparăm cu un cimpanzeu vom vedea și mai multe diferențe.
Aproximativ o literă dintr-o sută
va fi diferită față de un cimpanzeu.
Și dacă sunteți interesați de istoria
unei porțiuni de ADN, sau a întregului genom,
puteți reconstrui istoria ADN-ului
cu acele diferențe pe care le observați.
În general reprezentăm ideile noastre despre această istorie
sub forma unor arbori ca acesta.
În acest caz, e foarte simplu.
Cele două secvențe ADN
merg înapoi până la un strămoş comun destul de recent.
Mai în urmă există un strămoș comun cu cimpanzeii.
Şi pentru că aceste mutaţii
apar proporțional cu trecerea timpului,
putem transforma aceste diferențe
în estimări ale momentului în timp,
când doi oameni, estimativ,
au avut un strămoș comun acum 1 milion de ani;
iar cu cimpanzeii,
va fi de ordinul a 5 milioane de ani în urmă.
În ultimii ani
au apărut noi tehnologii de evaluare
care permit analiza multor, multor segmente AND foarte rapid.
Putem în prezent, în câteva ore,
determina un întreg genom uman.
Fiecare din noi, desigur, integrăm doi genomi umani --
unul de la mamă și altul de la tată.
Fiecare genom e cam de 3 miliarde de litere.
Vom vedea că cei doi genomi din mine,
sau cel pe care vrem să-l folosim,
va avea diferențe de ordinul
a trei milioane.
Puteți și dvs. să începeți să întrebați:
„Cum sunt aceste diferențe genetice
distribuite în populație?”
Și dacă faceți acest lucru,
veți găsi un anumit procent de variație genetică în Africa.
Iar dacă priviți în afara Africii,
veți găsi mai puțină variație genetică.
E surprinzător, bineînțeles,
pentru că de la 6 până la 8 ori mai puțini oameni
trăiesc în Africa decât în afara Africii.
Și totuși oamenii din Africa
au mai multă variație genetică.
Mai mult, aproape toate variantele genetice
pe care le vedem în afara Africii
au secvențe ADN strâns înrudite
cu cele ce se găsesc în Africa.
Dar dacă vă uitați în interiorul Africii,
există o componentă a variației genetice
care nu are înrudiri apropiate în afara Africii.
Așadar modelul de a explica datele
arată că o parte din variația africană, nu toată,
a plecat și a colonizat restul lumii.
Împreună cu metodele de a data aceste diferențe genetice,
asta a dus la înțelegerea
că oamenii moderni --
oameni care practic sunt la fel ca mine și ca dvs. --
au evoluat în Africa destul de recent
între 100 și 200 mii de ani în urmă.
Iar mai târziu, între 100.000 și 50.000 de ani în urmă,
au ieșit din Africa
pentru a coloniza restul lumii.
Îmi place să spun adesea că
dintr-o perspectivă genomică,
suntem cu toții africani.
Ori locuim în Africa astăzi,
ori într-un exil destul de recent.
Încă o consecință
a acestei origini recente a oamenilor moderni
este că variantele genetice
sunt în general distribuite considerabil în lume,
în multe locuri,
și au tendința de a se diferenția în nuanțe,
cel puțin dintr-o perspectivă de ansamblu.
Și întrucât există multe variante genetice,
și fiecare posedă diferite astfel de nuanțe,
înseamnă că dacă determinăm o secvență ADN --
un genom de la un individ --
putem estima destul de precis
de unde provine acea persoană,
presupunând că părinții sau bunicii
nu s-au deplasat prea mult.
Dar asta înseamnă atunci,
așa cum mulți au tendința să creadă,
că există uriașe diferențe genetice între grupuri de oameni --
de pe diferite continente, de exemplu?
Ei bine, putem începe să punem și astfel de întrebări.
Există, de exemplu, un proiect în derulare
de a secvenționa o mie de persoane --
genomii lor -- din diferite părți ale lumii.
Au secvenționat 185 de africani
din două populații din Africa.
Au secvenționat un număr aprox. egal de oameni
în Europa și în China.
Și putem începe să spunem câtă variație găsim,
cât de multe litere variază
în cel puțin unul din acele secvențe individuale.
Și sunt multe: 38 milioane de poziții variabile.
Dar putem atunci întreba: Sunt oare diferențe absolute
între africani și non-africani?
Poate cea mai mare diferență
pe care ne-am imagina-o.
Și cu diferențe absolute --
și adică o diferență
în care africanii, la o anumită poziție,
toți indivizii -- 100% -- au o literă,
iar toți din afara Africii au altă literă.
Și răspunsul, printre acele milioane de diferențe,
este că nu există o astfel de poziție singulară.
Acest lucru poate fi surprinzător.
Posibil că un singur individ nu e clasificat bine sau așa ceva.
Deci putem relaxa criteriul puțin
și putem spune: Câte poziții găsim
acolo unde 95% din africani au
o variantă,
95% altă variantă.
Numărul pe care-l obținem e 12.
E foarte surprinzător.
Înseamnă că atunci când ne uităm la oameni
și vedem o persoană din Africa
și o persoană din Europa sau Asia,
nu putem, nici la o singura poziție în genom, cu 100% acuratețe,
prezice ce variantă poartă persoana.
Și doar pentru 12 poziții
putem spera să avem 95% dreptate.
Poate fi surprinzător, pentru că
bineînțeles, ne putem uita la acești oameni
și spune cu ușurință de unde provin ei sau strămoșii lor.
Asta înseamnă în consecință
că acele trăsături pe care le privim
și le discernem cu ușurință --
trăsături faciale, culoarea pielii, structura părului --
nu sunt determinate de gene singulare cu efecte ample,
ci de multe variante genetice diferite
a căror frecvență pare să varieze
între diferite părți ale lumii.
Mai e ceva legat de aceste trăsături
pe care le observăm ușor unii la alții
care consider merită luat în considerație,
și anume, într-un sens foarte literal,
sunt de fapt la suprafața corpurilor noastre.
Sunt ce adineaori am menționat --
trăsături faciale, structura părului, culoarea pielii.
Există de asemenea un număr de trăsături
care variază între continente
legate de modul în care metabolizăm mâncarea ingerată,
sau legate
de modul în care sistemul nostru imunitar tratează microbii
care încearcă să ne invadeze corpul.
Astea sunt toate părți ale organismului
prin care interacționăm direct cu mediul,
într-o confruntare directă, dacă doriți.
E ușor de imaginat cum în special
acele părți ale corpului
au fost rapid influențate de selecția impusă de mediu,
modificându-și frecvența
genelor implicate.
Dar dacă ne uităm la alte părți ale corpului
unde nu există o interacțiune atât de directă cu mediul --
rinichii, ficatul, inima --
nu se poate discerne nicicum,
doar privind aceste organe,
de unde ar putea ele proveni.
Există încă un lucru interesant
care reiese din realizarea
că oamenii au o origine comună recentă în Africa.
Anume, când acei oameni au apărut
cu 100.000 de ani în urmă,
nu erau singuri pe planetă.
Existau și alte specii de umanoizi prin jur,
poate cei mai celebri, neanderthalienii --
această formă robustă de umanoizi,
comparat aici în stânga
cu un schelet de om modern în dreapta --
care exista în Asia de Vest și în Europa
de sute de mii de ani.
Așadar o întrebare interesantă este,
ce s-a întâmplat când ne-am întâlnit?
Ce s-a întâmplat cu neanderthalienii?
Ca să începem să răspundem la astfel de întrebări,
grupul meu de cercetare -- de 25 de ani --
lucrează la metode de a extrage ADN
din rămășițe de neanderthalieni
și de animale dispărute
de zeci de mii de ani.
Asta implică multe probleme tehnice
în modalitatea de a extrage ADN-ul
cum îl convertești într-o formă care poate fi secvenționată.
Trebuie să lucrezi foarte atent
pentru a evita contaminarea probelor
cu ADN-ul propriu.
Iar asta, împreună cu aceste metode
care permit ca multe molecule ADN să fie secvențiate rapid,
ne-au permis anul trecut
să prezentăm prima versiune de genom Neanderthal
așa că oricine poate acum
să se uite pe internet la genomul Neanderthal,
sau cel puțin la 55% din el,
pe care l-am putut reconstrui până în acest moment.
Puteți începe să-l comparați cu genomii
ce aparțin oamenilor de astăzi.
Și o întrebare pe care
ați vrea atunci s-o puneți este:
Ce s-a întâmplat când ne-am întâlnit?
Ne-am amestecat sau nu?
Ca să adresăm această întrebare
privim la neanderthalienii care provin din sudul Europei
și îi comparăm cu genomii
oamenilor contemporani.
Așadar încercăm
să lucrăm cu perechi de indivizi,
începând cu doi africani,
analizând cei doi genomi africani,
găsind locuri unde există diferențe
și în fiecare caz întrebăm: Cum e un om de neanderthal?
Se potrivește cu cei doi genomi africani?
Ne-am aștepta să nu fie nicio diferență,
pentru că oamenii de Neanderthal nu au fost niciodată în Africa.
Ar trebui să fie egali; nu există niciun motiv să fie mai apropiat
de un genom african față de celălalt.
Și chiar așa este.
Statistic, nu există nicio diferență
în potrivirea neanderthalianului cu unul sau altul din genomii africani.
Dar e diferit dacă ne uităm
la un individ european și la unul african.
Atunci, mult mai frecvent,
neanderthalianul se potrivește cu europeanul
mai degrabă decât cu africanul.
E la fel dacă privim la un individ din China
versus un african,
neanderthalianul se va potrivi cu chinezul mai frecvent.
Asta poate fi surprinzător
pentru că neanderthalii nu au fost niciodată în China.
Așadar modelul pe care îl propunem ca explicație
spune că atunci când oamenii moderni
au ieșit din Africa cu 100.000 de ani în urmă,
ei s-au întâlnit cu neanderthalieni.
De presupus că s-au îndreptat întâi spre Orientul Mijlociu
unde existau neanderthalieni.
Dacă s-au amestecat unii cu alții acolo,
atunci acei oameni moderni,
care au devenit strămoșii
tuturor celor din afara Africii,
au transmis această componentă neanderthaliană din genomul lor
restului lumii.
Așadar azi, oamenii care trăiesc în afara Africii
au aprox. 2,5% din ADN
de la neanderthalieni.
Având acum un genom neanderthalian
la dispoziție ca punct de referință
și având tehnologiile necesare
de a analiza rămășițele antice
și a extrage acest ADN,
putem începe să le aplicăm în alte locuri în lume.
Primul loc unde am făcut asta a fost sudul Siberiei
în munții Altai
într-un loc numit Denisova,
o peșteră în acest munte,
unde arheologii în 2008
au găsit o bucățică de os --
asta e o copie --
și au realizat că provine de la ultima falangă
de la degetul mic al unui om.
A fost destul de bine conservat
încât am putut determina ADN-ul acestui individ,
chiar într-o măsură mai mare
decât am putut de fapt pentru neanderthalieni,
și am început să-l comparăm cu genomul neanderthalian
și cu oamenii de astăzi.
Și am descoperit că acest individ
avea o origine comună a secvențelor ADN
cu neanderthalieni de acum 640.000 de ani.
Și mai demult, cu 800.000 ani în urmă
există o origine comună
cu oamenii din ziua de azi.
Deci acest individ provine dintr-o populație
care are o origine comună cu neanderthalienii,
dar cu mult timp în urmă a avut o lungă istorie independentă.
Numim acest grup de umanoizi,
pe care atunci i-am descris pentru prima dată
din această micuță bucățică de os,
denisovani,
după locul în care au fost descoperiți.
Putem întreba despre denisovani
aceleași lucruri ca despre neanderthalieni:
S-au amestecat cu strămoșii oamenilor din ziua de azi?
Dacă punem această întrebare,
și comparăm genomul denisovan
cu oamenii din jurul lumii,
în mod surprinzător,
nu găsim nicio urmă de ADN denisovan
în niciun om ce trăiește chiar în apropierea Siberiei de azi.
Dar găsim asemănare în Papua Noua Guinee
și în alte insule din Melanezia și Pacific.
Asta presupune că
că acești denisovani erau mai răspândiți în trecut,
din moment ce nu credem că strămoșii melanezienilor
au fost vreodată în Siberia.
Așadar din studiul
genomului acestor specii dispărute,
începem să ne formăm o imagine despre cum arăta lumea
pe vremea când oamenii moderni au început să iasă din Africa.
În vest erau neanderthalienii;
în est erau denisovanii --
poate și alte forme de umanoizi
pe care încă nu le-am descoperit.
Nu știm exact unde erau granițele dintre acești oameni,
dar știm că în sudul Siberiei,
existau și neanderthalieni și denisovani
cel puțin la un moment dat în trecut.
Apoi oamenii moderni au apărut undeva în Africa,
au ieșit din Africa, probabil spre Orientul Mijlociu.
S-au întâlnit cu neanderthalienii, s-au amestecat,
au continuat să se răspândească în întreaga lume,
și undeva în sud-estul Asiei,
s-au întâlnit cu denisovanii și s-au amestecat cu ei
și au continuat să meargă înspre Pacific.
Apoi aceste forme timpurii de oameni au dispărut,
dar mai trăiesc puțin și astăzi
în unii dintre noi.
Oamenii din afara Africii au 2,5% din ADN
de la neanderthalieni,
iar oamenii din Melanezia
au aprox. 5% adițional
de la denisovani.
Înseamnă oare că există totuși
vreo diferență absolută
între oamenii din afara Africii și cei din interiorul Africii,
în sensul că oamenii din afara Africii
poartă această componentă veche în genomul lor
de la aceste forme extincte de oameni,
în timp ce africanii nu?
Ei bine, nu cred că așa stă situația.
Presupunem că oamenii moderni
au apărut undeva în Africa.
S-au răspândit de-a lungul Africii, bineînțeles,
dar existau și forme mai timpurii de oameni acolo.
Și cum ne-am amestecat în altă parte,
sunt sigur că într-o zi,
atunci când vom avea poate un genom
și al acestor forme mai timpurii din Africa,
vom găsi că și ei s-au amestecat
cu forme timpurii de oameni moderni din Africa.
Pentru a rezuma:
Ce am învățat din studiul comparativ al genomului
oamenilor din ziua de azi
și cel al oamenilor dispăruți?
Am învățat poate multe lucruri,
dar un aspect pe care-l găsesc important de menționat
e lecția că întotdeauna ne-am amestecat.
Ne-am amestecat cu forme timpurii de oameni,
oriunde i-am întâlnit,
și ne-am amestecat între noi de atunci.
Vă mulțumesc pentru atenție.
(Aplauze)