Chcem vám povedať o tom,
čo sa môžeme naučiť zo štúdia genómu
živých ľudí
a vyhynutých ľudí.
Ale predtým, ako tak urobím,
vám chcem v krátkosti pripomenúť to, čo už viete:
že naše genómy, náš genetický materiál,
sú uložené takmer vo všetkých bunkách našich tiel v chromozómoch
vo forme DNA,
čo je táto slávna molekula v tvare dvojzávitnice.
A genetická informácia
je obsiahnutá vo forme sekvencie
štyroch báz
označených skrátene písmenami A, T, C a G.
A informácia je tam dvakrát
– jedna na každom reťazci –
čo je dôležité,
pretože keď sa formujú nové bunky, tieto reťazce sa rozdelia,
syntetizujú sa nové reťazce so starými ako predlohami
v takmer bezchybnom procese.
Ale, samozrejme, nič v prírode
nie je úplne bezchybné,
takže niekedy sa stane chyba
a do reťazca sa zaradí zlé písmeno.
Potom môžeme vidieť výsledok
takýchto mutácií,
keď porovnávame DNA sekvencie
napríklad medzi nami tu v tejto miestnosti.
Ak porovnáme môj genóm s vaším,
približne každých 1 200 – 1 300 písmen
sa vyskytne medzi nami odlišnosť.
Tieto mutácie sa kumulujú
približne lineárne s časom.
Takže ak sem zaradíme šimpanza, uvidíme viac rozdielov.
Približne jedno zo sto písmen
sa bude líšiť od šimpanza.
A ak sa budete zaujímať o históriu
časti DNA, alebo celého genómu,
môžete rekonštruovať históriu DNA
pomocou rozdielov, ktoré pozorujete.
Vo všeobecnosti zvykneme znázorňovať naše predstavy o tejto histórii
vo forme stromov, ako je tento.
V tomto prípade je to veľmi jednoduché.
Dve ľudské DNA sekvencie
zdieľajú spoločného predka pomerne nedávno.
O niečo ďalej sa nachádza predok zdieľaný so šimpanzmi.
A keďže tieto mutácie
pribúdajú približne lineárne s časom,
môžete pretransformovať tieto rozdiely
do odhadov času,
pričom dve vetvy ľudí typicky
zdieľajú spoločného predka približne pred pol miliónom rokov,
a so šimpanzom
to bude rádovo pred 5 miliónmi rokov.
V niekoľkých posledných rokoch vznikli
analytické technológie,
ktoré nám umožňujú prezrieť mnoho a mnoho kusov DNA veľmi rýchlo.
Takže teraz môžeme v rámci niekoľkých hodín
vyhodnotiť celý ľudský genóm.
Každý z nás, samozrejme, obsahuje dva ľudské genómy,
jeden máme od našich mám a jeden od našich otcov.
Sú dlhé asi tri miliardy takýchto písmen.
Zistili by sme, že dva genómy vo mne
alebo jeden môj genóm a jeden váš,
budú mať asi tri milióny rozdielov
rádovo.
A môžeme sa tiež
spýtať: „Ako sú tieto genetické rozdiely
rozložené po svete?“
Keby ste to urobili,
zistíte určitú genetickú rozmanitosť v Afrike.
A keď sa pozriete mimo Afriky,
nájdete v skutočnosti menej genetickej rozmanitosti.
Toto je samozrejme prekvapujúce,
lebo rádovo šesť až sedemkrát menej ľudí
žije v Afrike ako mimo Afriky.
Napriek tomu ľudia v Afrike
majú vyššiu genetickú rozmanitosť.
Navyše, takmer všetky genetické varianty,
ktoré vidíme mimo Afriky,
sú blízko príbuzné DNA sekvenciám,
ktoré nájdete v rámci Afriky.
Ale ak sa pozriete do Afriky,
nájdete časť genetickej rozmanitosti,
ktorá nemá blízkych príbuzných mimo nej.
Takže model, ktorý toto vysvetľuje,
je, že časť africkej rozmanitosti, ale nie všetka,
sa dostala von a kolonizovala zvyšok sveta.
Spolu s metódami umožňujúcimi datovať tieto genetické rozdiely
toto viedlo k poznaniu
že moderní ľudia –
ľudia, ktorí sú v princípe nerozlíšiteľní od vás a mňa –
sa vyvinuli v Afrike pomerne nedávno
pred 100 až 200 tisíc rokmi.
A neskôr, pred asi 100 000 až 50 000 rokmi,
vyšli z Afriky
kolonizovať zvyšok sveta.
Takže, ako rád hovorievam,
z pohľadu genómu
sme všetci Afričania.
Buď žijeme v Afrike aj dnes,
alebo sme dosť krátku dobu v exile.
Ďalším dôsledkom
tohto nedávneho pôvodu moderných ľudí
je, že genetická rozmanitosť
je široko rozdistribuovaná po svete,
na mnohých miestach
a má tendenciu meniť sa ako gradient
minimálne z vtáčej perspektívy.
A keďže existuje mnoho genetických variantov
a tie majú rôzne takéto gradienty,
z toho vyplýva, že ak určíme DNA sekvenciu
genómu vybraného jednotlivca,
môžeme pomerne presne odhadnúť,
odkiaľ táto osoba pochádza
za predpokladu, že sa jeho rodičia alebo starí rodičia
nepohybovali príliš po svete.
Ale znamená to potom,
ako si mnohí ľudia majú tendenciu myslieť,
že existujú veľké genetické rozdiely medzi skupinami ľudí,
napríklad na rôznych kontinentoch?
Nuž, môžeme si položiť aj takéto otázky.
Prebieha napríklad momentálne projekt
sekvenovania genómu tisícky jednotlivcov
z rôznych častí sveta.
Sekvenovali 185 Afričanov
z dvoch afrických populácií.
Sekvenovali približne rovnako ľudí
v Európe a Číne.
A môžeme začať hovoriť, koľko rozmanitosti nachádzame,
koľko písmen sa líši
aspoň v jednej z tých individuálnych sekvencií.
Je ich veľa: 38 miliónov pozícií s variáciami.
Ale potom sa môžeme opýtať: Existujú nejaké absolútne rozdiely
medzi Afričanmi a Neafričanmi?
Asi najväčší rozdiel,
ktorý si väčšina z nás predstaví.
Pod absolútnym rozdielom
myslím rozdiel,
kde ľudia žijúci v Afrike majú na danej pozícii,
kde všetci jednotlivci – 100 % – majú jedno písmeno
a všetci mimo Afriky majú iné písmeno.
Odpoveď na toto je, že medzi miliónmi rozdielov
neexistuje ani jedna jediná taká pozícia.
Môže to znieť prekvapujúco,
možno bol nejaký jednotlivec nesprávne klasifikovaný
alebo podobne, takže trocha zmiernime kritérium
a povedzme: Koľko je takých pozícií,
kde 95 % ľudí v Afrike má
jeden variant,
95 % mimo Afriky iný variant?
A ich počet je 12.
To je veľmi prekvapujúce.
Znamená to, že keď pozrieme na ľudí
a vezmeme osobu z Afriky,
a potom osobu z Európy alebo Ázie,
nemôžeme ani pre jedinú pozíciu v genóme so 100 % pravdepodobnosťou
určiť, aké písmeno na tejto pozícii bude daná osoba niesť.
A len pre 12 pozícií
môžeme dúfať v 95 % správnosť.
Aj toto môže prekvapiť,
pretože keď sa na týchto ľudí pozrieme,
samozrejme pomerne ľahko uvidíme, odkiaľ oni alebo ich predkovia pochádzajú.
Takže to znamená,
že tie črty, na ktoré sa pozrieme,
a tak jednoducho spoznáme –
črty tváre, farba kože, štruktúra vlasov –
nie sú dané jednotlivými génmi s veľkým účinkom,
ale sú určené množstvom genetických variantov,
ktoré, ako sa zdá, majú premenlivú frekvenciu
v rámci rôznych častí sveta.
Ešte je tu jeden fakt týkajúci sa čŕt,
ktoré na sebe navzájom tak ľahko rozoznáme,
ktorý podľa mňa stojí za zmienku.
Je ním skutočnosť, že sa nachádzajú
doslova na povrchu našich tiel.
Sú to, ako sme už povedali,
črty tváre, štruktúra vlasov, farba kože.
Existuje ešte viacero vlastností,
ktoré podobne variujú medzi kontinentami
a týkajú sa spôsobu, ako trávime jedlo, ktoré prijímame,
alebo sa týkajú
spôsobu, akým sa naše imunitné systémy vyrovnávajú s mikróbmi,
ktoré sa snažia vtrhnúť do našich tiel.
Ale k priamemu kontaktu s okolitým prostredím
alebo, povedzme, k priamej konfrontácii
dochádza vždy na povrchu našich tiel.
Je ľahké si predstaviť,
že práve tieto konkrétne časti našich tiel
boli rýchlo ovplyvnené prírodným výberom zo strany prostredia
a došlo k posunu frekvencií génov,
ktoré ich ovplyvňujú.
Ale ak sa pozrieme na iné časti našich tiel,
kde priamo do styku s prostredím neprichádzame –
obličky, pečene, srdcia –
nie je možné povedať,
len skúmaním týchto orgánov,
z ktorej časti sveta pochádzajú.
Je tu ešte jedna dôležitá vec,
ktorá vyplýva z poznatku,
že ľudia majú nedávny spoločný pôvod v Afrike.
A síce fakt, že keď sa títo ľudia objavili
pred asi 100 000 rokmi,
neboli na planéte sami.
Nachádzali sa tu aj iné formy ľudí,
z ktorých asi najznámejší boli Neandertálci.
Tento robustný druh ľudí,
na tomto obrázku vľavo v porovnaní
s kostrou moderného človeka vpravo,
sa vyskytoval v západnej Ázii a Európe
už pred niekoľkými stovkami tisíc rokov.
Zaujímavá otázka je,
čo sa stalo, keď sme sa stretli.
Čo sa stalo s Neandertálcami?
A aby sme začali hľadať odpovede na podobné otázky,
moja výskumná skupina – už to je viac ako 25 rokov –
pracuje na metódach extrakcie DNA
zo zvyškov Neandertálcov
a vyhynutých zvierat,
ktoré sú staré niekoľko desiatok tisíc rokov.
Zahŕňa to mnohé technické nástrahy
v hľadaní spôsobu, ako extrahovať DNA,
ako ju zmeniť do podoby, v ktorej je možné ju sekvenovať.
Musíte pracovať veľmi pozorne,
aby ste sa vyhli kontaminácii experimentov
vašou vlastnou DNA.
A toto potom, v spojení s týmito metódami
umožňujúcimi sekvenovať veľmi rýchlo mnoho molekúl DNA,
nám umožnilo minulý rok
prezentovať prvú verziu genómu Neandertálca
tak, aby sa ktokoľvek z vás
mohol pozrieť na internet na genóm Neandertálca
alebo aspoň na 55 % z neho,
ktoré sme doteraz boli schopní zrekonštruovať.
Je možné ho začať porovnávať s genómom
ľudí žijúcich dnes.
A otázka,
ktorú by ste si potom mohli položiť,
je: čo sa stalo, keď sme sa stretli?
Krížili sme sa, alebo nie?
Spôsob, ako zodpovedať túto otázku
je pozrieť sa na Neandertálca pochádzajúceho zo severnej Európy
a porovnať ho s genómom
ľudí žijúcich dnes.
Tak sme s týmto začali
s párom osôb,
začínajúc dvoma Afričanmi.
Sledovali sme genómy týchto dvoch Afričanov
hľadali sme miesta, kde sa medzi sebou líšia
a pri každej odlišnosti sme zisťovali, ako je to u Neandertálca.
Zhoduje sa s jedným alebo druhým Afričanom?
Očakávali by sme, že sa nebudú vyskytovať rozdiely,
pretože Neandertálec nikdy nežil v Afrike.
Mali by byť zhodné, neexistuje dôvod, aby bol bližšie
k jednému, či druhému Afričanovi.
A je to skutočne tak.
Štatisticky nie je rozdiel,
ako často sa nájde zhoda Neandertálca s jedným či druhým Afričanom.
Ale toto sa zmení,
keď sa pozrieme na Európana a Afričana.
Vtedy sa signifikantne častejšie
zhoduje Neandertálec s Európanom
ako s Afričanom.
To isté platí, keď porovnáme Číňana
s Afričanom.
Neandertálec sa bude častejšie zhodovať s Číňanom.
To môže byť tiež prekvapivé,
pretože Neandertálci sa v Čine nikdy nevyskytovali.
Takže model, ktorý sme navrhli na vysvetlenie tohto javu,
je, že moderní ľudia vyšli z Afriky
zhruba pred 100 000 rokmi,
stretli sa s Neandertálcami.
Pravdepodobne sa tak najprv stalo na Blízkom východe,
kde Neandertálci tiež žili.
Keď sa navzájom krížili,
potom títo moderní ľudia,
ktorí sa stali predkami
každého mimo Afriky,
niesli so sebou túto neandertálsku zložku vo svojom genóme
do zvyšných kútov sveta.
Takže dnes ľudia žijúci mimo Afriky
majú asi dva a pol percenta svojej DNA
od Neandertálcov.
Keď teraz máme genóm Neandertálca
k dispozícii ako referenčný bod
a máme k dispozícii technológie
na preskúmanie prastarých pozostatkov
a extrakciu DNA,
môžeme ich použiť inde vo svete.
A prvým miestom, kde sme tento prístup použili, je južná Sibír
v pohorí Altaj
na mieste zvanom Denisova
jaskyňa v tejto hore,
kde archeológovia v roku 2008
objavili drobučký úlomok kosti.
Toto je jej kópia,
ktorá, ako si uvedomili, pochádzala z posledného článku
malíčka človeka.
Úlomok bol dostatočne dobre zachovaný,
takže sme boli schopní určiť DNA tohto jedinca
dokonca vo väčšej miere
ako pre samotného Neandertálca
a začali sme ho porovnávať s génom Neandertálca
a dnešného človeka.
A zistili sme, že tento jedinec
zdieľal spoločný pôvod jeho DNA sekvencií
s Neandertálcom pred asi 640 000 rokmi.
A ešte predtým, pred 800 000 rokmi,
nachádzame spoločný pôvod
so súčasným človekom.
Takže tento jedinec pochádzal z populácie,
ktorá zdieľala pôvod s Neandertálcami,
avšak dávno, a potom mala dlhé obdobie nezávislej histórie.
Túto skupinu ľudí,
ktorú sme ako prví popísali
z veľmi drobného kúska kosti,
nazývame Denisovania,
na počesť miesta, kde boli prvýkrát zaznamenaní.
Takže následne sa môžeme pri Denisovanoch opýtať
rovnakú otázku ako pri Neandertálcoch:
Krížili sa s predkami dnešných ľudí?
Ak si položíme takúto otázku
a porovnáme genóm Denisovanov
s ľuďmi po celom dnešnom svete,
na prekvapenie sme nezistili
žiadny dôkaz denisovanskej DNA
u ľudí žijúcich dnes aspoň v blízkosti Sibíri.
Ale našli sme ho na Papui-Novej Guinei
a ostatných ostrovoch v Melanézii a v Tichom oceáne.
Podľa všetkého to znamená,
že títo Denisovania boli v minulosti rozšírenejší,
pretože si nemyslíme, že predkovia Melanézanov
by boli niekedy na Sibíri.
Takže štúdiom
týchto genómov vyhynutých ľudí
sa pred nami vynára obraz toho, ako svet vyzeral,
keď moderní ľudia začali vychádzať z Afriky.
Na západe boli Neandertálci,
na východe boli Denisovania –
možno tiež aj iné druhy ľudí,
ktoré ešte neboli popísané.
Nevieme celkom presne, kde sa nachádzala hranica medzi týmito populáciami,
ale vieme, že na južnej Sibíri
sa vyskytovali ako Neandertálci, tak aj Denisovania,
prinajmenšom v nejakom období histórie.
Následne sa objavili moderní ľudia niekde v Afrike,
vyšli z Afriky pravdepodobne na Blízky východ,
stretli sa s Neandertálcami, krížili sa s nimi,
pokračovali ďalej, aby osídlili zvyšok sveta,
a niekde v juhovýchodnej Ázii
sa stretli s Denisovanmi a krížili sa s nimi.
Následne pokračovali ďalej do Pacifiku.
A neskôr tieto skoršie druhy ľudí vyhynuli,
ale z malej časti žijú ďalej
v niektorých z nás
v tom, že ľudia mimo Afriky majú 2,5 % svojej DNA
z Neandertálcov
a ľudia v Melanézii
v skutočnosti majú dodatočných približne 5 %
z Denisovanov.
Znamená to teda, že predsalen existuje
nejaký absolútny rozdiel
medzi ľuďmi mimo Afriky a vnútri Afriky
v tom, že ľudia mimo Afriky
majú túto starú zložku vo svojom genóme
z popísaných vyhynutých foriem človeka,
kým Afričania ju nemajú?
No, nemyslím si, že je to tak.
Moderní ľudia
sa objavili na území Afriky,
rozšírili sa samozrejme v rámci Afriky
a aj tam existovali staršie, skoršie formy človeka.
A keďže sme sa krížili inde,
som si celkom istý, že jedného dňa,
keď budeme mať k dispozícii genóm
aj týchto skorších foriem v Afrike,
zistíme, že aj ony sa krížili
s ranými modernými ľuďmi v Afrike.
Takže, aby sme to zhrnuli –
čo sme sa naučili štúdiom genómu
súčasného človeka
a vyhynutých ľudí?
Naučili sme sa zrejme veľa vecí,
ale dôležité je podľa mňa zmieniť,
že sme zistili, že sme sa vždy krížili.
Krížili sme sa s týmito skoršími druhmi ľudí,
kdekoľvek sme sa s nimi stretli
a krížime sme sa medzi sebou navzájom až doteraz.
Ďakujem za pozornosť.
(potlesk)