Svante Pääbo: L'uomo di Neanderthal nel nostro DNA

Il genetista Svante Pääbo mostra i risultati di un'impegnativa ricerca svolta a livello mondiale sul DNA, che conferma che i nostri progenitori africani si sono incrociati con gli uomini di Neanderthal, dopo il loro arrivo in Europa. (Sì, molti di noi hanno tracce di Neanderthal nel proprio DNA.) E dimostra come si sia riusciti ad identificare una nuova specie di umanoidi a partire dal dito di un neonato.

Vi vorrei parlare di ciò

che possiamo apprendere dallo studio del genoma

di uomini di oggi

e di esseri umani estinti.

Ma prima

vi vorrei ricordare brevemente quello che già sapete:

che i genomi, il nostro materiale genetico,

si trovano in quasi tutte le cellule del corpo, nei cromosomi,

sotto forma di DNA,

la famosa molecola a doppia elica.

Le informazioni genetiche

sono contenute nella sequenza

di quattro basi

abbreviate con le lettere A, T, C, e G.

Le informazioni sono presenti due volte ---

in ognuno dei filamenti ---

e questo è importante,

perché quando si formano nuove cellule i filamenti si separano,

e si sintetizzano nuovi filamenti sulla base del vecchio modello,

con un processo quasi perfetto.

Ma, ovviamente, nulla in natura

è del tutto perfetto,

quindi talvolta capita un errore

e viene inserita una lettera sbagliata.

Possiamo vedere il risultato

di queste mutazioni

anche se confrontiamo le sequenze di DNA

di quelli che si trovano in sala, ad esempio.

Se confronto il mio genoma con il vostro

vedremo che c'è una variazione

ogni 1200-1300 lettere.

Queste mutazioni si accumulano

grosso modo come funzione del tempo.

Nella sequenza di uno scimpanzé saranno in numero maggiore.

Circa una lettera ogni 100,

per gli scimpanzé.

Se poi vi interessa la storia di un frammento

di DNA, o dell'intero genoma,

sarete in grado di ricostruire la storia del DNA

in base alle variazioni riscontrate.

Di solito rappresentiamo la storia del DNA

usando grafici come questo.

Qui la struttura è molto semplice.

Le due sequenze di DNA umano

derivano da un recente antenato comune.

E ancora prima c'è un progenitore in comune con gli scimpanzé.

Dato che queste mutazioni avvengono

grosso modo come funzione del tempo,

si possono convertire le differenze

in tempi stimati,

e dunque si ritiene che i due tipi umani

abbiano avuto un antenato comune circa mezzo milione di anni fa;

in comune con gli scimpanzé, invece,

circa cinque milioni di anni or sono.

In questi ultimi anni si sono sviluppate

tecnologie di conteggio che consentono

di verificare moltissimi frammenti di DNA in tempi rapidissimi.

Oggi, nel giro di poche ore, possiamo

mappare un intero genoma umano.

In ognuno di noi coesistono due genomi:

quello materno e quello paterno.

La loro lunghezza è di circa 3 miliardi di lettere.

E si vedrà che nei miei genomi,

o in quello dei due che useremo,

ci sono circa 3 milioni

di variazioni.

Magari mi potreste dire:

"Come sono distribuite queste differenze

genetiche nel mondo?".

E allora vedreste

una certa quantità di variazioni genetiche in Africa.

E al di fuori dell'Africa

vedreste una minore variazione genetica.

Questo è sorprendente, certo,

perché in Africa vivono dalle 6 alle 8 volte meno persone

che nel resto del mondo.

Eppure in Africa

c'è più varietà genetica.

Inoltre quasi tutte le varianti genetiche

al di fuori dell'Africa

hanno sequenze di DNA strettamente

correlate a quelle africane.

Ma in Africa

c'è una componente della variazione genetica

che non ha parentele strette al di fuori.

Una spiegazione possibile è che

una parte della variante africana, ma non tutta,

abbia colonizzato il resto del mondo.

E usando i sistemi di datazione delle variazioni genetiche

possiamo dire

che l'uomo moderno -

un essere umano esattamente identico a noi -

si è sviluppato in Africa in tempi recenti,

tra i 100 e i 200.000 anni fa.

Più tardi, tra i 100 e i 50.000 anni or sono,

si è spostato dall'Africa

per colonizzare il mondo.

Per cui spesso mi piace dire

che, dalla prospettiva del genoma,

siamo tutti africani.

O viviamo ancora in Africa, oppure

l'abbiamo lasciata in un recente esilio.

Un'altra conseguenza

della recente origine degli umani moderni

è che le varianti genetiche

sono di solito ampiamente sparse nel mondo,

in molti luoghi,

e tendono a variare come gradienti,

almeno come vista d'insieme.

E dato che esistono così tante varianti

e che hanno diversi gradienti,

vuol dire che se determiniamo una sequenza di DNA -

il genoma di un individuo -

possiamo stabilire con sufficiente precisione

il suo luogo di provenienza,

sempre che i suoi genitori o i nonni

non siano andati troppo in giro.

Ma allora ciò vuole anche dire,

come pensano molte persone,

che ci sono grandi differenze genetiche tra gruppi di persone -

anche in continenti diversi, ad esempio?

Beh, possiamo iniziare a rispondere anche a questo.

Ad esempio c'è un progetto, attualmente in corso,

per sequenziare mille persone -

il loro genoma - in diverse parti del mondo.

Hanno eseguito la sequenza di 185 africani

provenienti da due popolazioni.

E hanno portato a termine quella di un egual numero di persone

in Europa e in Cina.

E possiamo già osservare il grado di differenziazione,

quante lettere variano

in almeno una delle sequenze individuali.

Sono tante: 38 milioni di posizioni variabili.

Ma ci potremmo chiedere: esistono differenze assolute

tra africani e non-africani?

Forse molti di noi pensano

che ci sia una grandissima differenza.

E una differenza assoluta -

cioè una differenza per cui

tutti gli individui che vivono in Africa,

il 100 %, hanno una lettera in una certa posizione,

mentre quelli al di fuori dell'Africa ne hanno un'altra.

La risposta è che, tra i milioni di differenze,

non esiste una posizione simile.

Potrebbe stupirvi.

Forse una classificazione individuale non è corretta.

Allora potremmo adottare criteri più flessibili

e dire: quante posizioni troviamo,

in cui il 95 % degli africani

ha una variante,

e un altro 95 % un'altra variante,

e risulta che il totale è 12.

Questo è davvero sorprendente.

Significa che quando vediamo delle persone,

una dell'Africa e una di Europa,

o Asia, non possiamo predire,

per una singola posizione nel genoma, con l'accuratezza del 100%

cosa troveremmo per quella persona.

Solo per 12 posizioni forse

potremmo azzeccarne il 95%.

Ed è sorprendente, perché

naturalmente potremmo osservare queste persone

e sapere con relativa sicurezza da dove provengono i loro antenati.

Ciò vuol dire che

quei tratti che osserviamo

che sono più evidenti -

i tratti del viso, colore della pelle, capelli -

non sono determinati da singoli geni che fanno la differenza,

ma da molte varianti genetiche diverse che sembrano

variare di frequenza, a seconda

del luogo di provenienza.

Credo ci sia un'altra cosa in quei tratti

che scorgiamo così facilmente negli altri,

che penso occorra considerare,

ed è il fatto che, in senso letterale,

si trovano sulla superficie del corpo.

Sono quello di cui parlavo -

tratti del volto, struttura dei capelli, colore della pelle.

Ci sono altre caratteristiche che variano

da un continente all'altro, ad esempio

il modo di metabolizzare il cibo che ingeriamo,

o quello in cui

il nostro sistema immunitario reagisce ai microbi

che invadono il nostro corpo.

Sono tutte parti dell'organismo

che servono a interagire direttamente con l'ambiente,

diciamo in in confronto diretto.

E' facile immaginare

come quelle parti del corpo in particolare

siano state oggetto di veloce selezione da parte dell'ambiente

e abbiano cambiato la frequenza

dei geni interessati.

Ma se guardiamo ad altre parti del corpo

che non interagiscono direttamente con l'ambiente -

reni, fegato, cuore -

non c'è modo di sapere,

osservando unicamente questi organi,

da dove provengano quegli individui.

Dunque c'è un'altra cosa interessante

che emerge dalla considerazione del fatto

che gli umani hanno una comune recente origine africana,

e cioè che quando sono apparsi quegli umani,

circa 100.000 anni fa,

non erano gli unici sul pianeta.

Esistevano altre tipologie di uomo,

tra cui, il più famoso, l'uomo di Neanderthal -

questi tipi umani robusti,

qui sulla sinistra

accanto a uno scheletro umano moderno -

che abitavano in Europa e in Asia Occidentale

da diverse centinaia di migliaia di anni.

Sarebbe interessante sapere

cosa accadde quando si incontrarono.

Che successe all'uomo di Neanderthal?

Per dare una risposta a tali quesiti

il mio gruppo di ricerca - ormai da 25 anni -

lavora su sistemi di estrazione del DNA

da fossili di Neanderthal

e di animali estinti

vecchi di decine di migliaia di anni.

Ciò comporta molti problemi tecnici

su come estrarre il DNA

e trasformarlo in un formato sequenziabile.

Occorre fare molta attenzione

ad evitare contaminazioni, durante gli esperimenti,

con il proprio DNA.

Ed infine, facendo uso anche di questi metodi

di sequenziazione veloce di molte molecole di DNA,

siamo riusciti, lo scorso anno,

a presentare la prima versione del genoma del Neanderthal,

cosicché tutti voi potete

andare su internet e dare un'occhiata a questo genoma,

o almeno a quel 55 %

che abbiamo ricostruito finora.

E potete già confrontarlo col genoma

di persone viventi.

Forse la domanda

che vi verrebbe da fare è:

"Che è successo quando ci siamo incontrati?

Ci siamo incrociati oppure no?"

Per rispondere alla domanda

bisogna osservare il Neanderthal dell'Europa Meridionale

e confrontarne il genoma

con gli uomini di oggi.

E poi fare lo stesso

con coppie di individui,

iniziando con gli Africani,

confrontando i loro genomi

e identificandone le differenze,

e chiedersi in ambedue i casi: com'è fatto un Neanderthal?

A quale dei due Africani assomiglia di più?

Non ci aspetteremmo differenze,

perché i Neanderthal non hanno mai vissuto in Africa.

Dovrebbero essere uguali, non c'è motivo per cui

ci dovrebbe essere più somiglianza con uno dei due.

E infatti è proprio così.

Statisticamente non c'è differenza tra africani

rispetto all'eventuale somiglianza con il Neanderthal.

Ma è diverso

se prendiamo un europeo e un africano.

In questo caso è molto più frequente

che il Neanderthal somigli all'europeo

che all'africano.

Lo stesso se confrontiamo un cinese

e un africano,

il Neanderthal somiglierà più di frequente al cinese.

E anche questo è sorprendente.

perché i Neanderthal non hanno mai vissuto in Cina.

La nostra spiegazione è che

quando gli umani moderni sono fuoriusciti dall'Africa

circa 100.000 anni fa,

si sono incontrati con i Neanderthal.

Presumibilmente dapprima nel Medio Oriente,

dove già si trovavano i Neanderthal.

Se in quell'occasione cominciarono a incrociarsi,

allora quegli umani moderni

che divennero gli antenati

di tutti i non-africani

trasportavano nel proprio genoma i tratti del Neanderthal,

diffondendolo nel resto del mondo.

E così oggi le persone che vivono al di fuori dell'Africa

hanno circa il 2,5 % di DNA

neanderthaliano.

Perciò, disponendo oggi di un genoma

di Neanderthal come riferimento,

e con le tecnologie di analisi

dei fossili e di estrazione

del DNA,

possiamo applicare il modello ad altre parti del mondo.

Il primo posto in cui siamo andati è la Siberia Meridionale,

nei Monti Altaj,

in un luogo chiamato Denisova,

in una caverna in cui,

nel 2008, gli archeologi

hanno trovato un ossicino -

questa è una copia -

che hanno capito essere l'ultima falange

del mignolo di un umano.

Era in buono stato di conservazione

e siamo così riusciti a determinare il suo DNA

anche meglio di quello

del Neanderthal,

e l'abbiamo messo a confronto con il genoma

del Neanderthal e dell'uomo odierno.

Abbiamo scoperto che questo individuo

aveva sequenze di DNA in comune

con i Neanderthal circa 640.000 anni fa.

Arrivando a 800.000 anni or sono,

si ha un'origine comune

con gli umani di oggi.

Dunque questo individuo proviene da una popolazione

che condivide l'origine con i Neanderthal,

ma molto tempo fa, e poi ha una lunga storia indipendente.

Abbiamo chiamato questo gruppo di umani,

a cui siamo risaliti per la prima volta

attraverso questo ossicino,

i Denisovani,

dal nome del luogo del ritrovamento.

E poi potremmo farci, anche per loro,

le stesse domande fatte per i Neanderthal:

si mescolarono con gli antenati dell'uomo odierno?

Se ci poniamo la domanda,

e confrontiamo il genoma Denisoviano

con quello di altre parti del mondo,

inaspettatamente scopriamo

che non c'è alcuna traccia di DNA Denisoviano

nemmeno nella gente che vive vicino alla Siberia odierna.

Ma lo troviamo nella Papua Nuova Guinea

e in altre isole della Melanesia e del Pacifico.

Probabilmente, ciò significa

che i Denisoviani erano più diffusi in passato,

dato che non crediamo che gli antenati dei Melanesiani

abbiano mai vissuto in Siberia.

Perciò dallo studio

dei genomi di esseri umani estinti,

stiamo iniziando ad avere un'idea di come fosse il mondo

quando gli uomini moderni cominciarono a lasciare l'Africa.

In Occidente c'erano i Neanderthal;

in Oriente c'erano i Denisoviani -

e forse anche altre forme di umani

che non abbiamo ancora scoperto.

Non è facile identificare i confini tra queste due popolazioni,

ma sappiamo che nella Siberia Meridionale

vissero sia i Neanderthal che i Denisovsiani,

almeno in qualche periodo del passato.

Gli uomini moderni provengono da qualche zona dell'Africa,

probabilmente dall'area centro-orientale.

Hanno incontrato i Neanderthal, vi si sono uniti,

hanno continuato a diffondersi nel mondo,

e in qualche luogo dell'Asia sud-orientale

hanno incontrato i Denisoviani e si sono uniti a loro,

poi sono andati verso il Pacifico.

Infine, queste precedenti forme umane scomparvero,

ma continuano a vivere ancora un po'

in qualcuno di noi -

tanto che i non-africani conservano il 2,5 % di DNA

dei Neanderthal,

e i Melanesiani

anche un 5 % circa

dei Denisoviani.

Questo vuol forse dire che, dopo tutto,

ci sono delle differenze assolute

tra africani e non-africani,

dato che i non-africani

mantengono nel genoma vecchi tratti

dei tipi umani estinti,

mentre gli africani non ne hanno?

Beh, non credo che sia così.

Presumibilmente gli umani moderni

provengono da un luogo dell'Africa.

Certo si sono diffusi anche altrove in Africa,

dove ci saranno state altre forme umane precedenti.

E dato che ci siamo mescolati altrove,

sono sicuro che un giorno,

quando forse avremo un genoma

anche di tipi umani africani più antichi,

scopriremo che anche loro si sono mescolati

con i primi uomini moderni in Africa.

Riassumendo,

cosa abbiamo imparato dallo studio dei genomi

degli esseri umani di oggi

e degli esseri umani estinti?

Abbiamo appreso molte cose,

ma ciò che ritengo importante menzionare

è che abbiamo capito che ci siamo sempre mescolati.

Ci siamo incrociati con questi precedenti tipi di umani,

ovunque li abbiamo incontrati,

e da allora abbiamo sempre continuato a farlo.

Grazie per la vostra attenzione.

(Applausi)