פיענוח הגנום הניב ראיות להכלאה בין ההומו סאפיינס לאדם הניאנדרטלי

האם בארץ ישראל התרבו היוצאים מאפריקה עם הניאנדרטלים? מחקר שפורסם בסיינס מגלה כי 1-4% מהגנום של האירופים, הסינים ותושבי פפואה גינאה החדשה מקורו בניאנדרטלים, המקום היחיד בו היו יכולים להיפגש היה המזרח התיכון

לאחר מיצוי DNA עתיק מעצמות בנות 40,000 שנה של הניאנדרטלים, הצליחו המדענים להשיג טיוטת רצף הגנום הניאנדרטלי. מחקר זה הניב תובנות חשובות אודות האבולוציה של האדם המודרני. בכך אולי תיפטר המטוטלת של המחקרים שנעים בין היות המינים שונים לחלוטין ובין העובדה שהניאנדרטלים נטמעו באדם המודרני.

בין הממצאים, שפורסמו בגליון 7 במאי של כתב העת סיינס נמצא כי זמן קצר לאחר שבני האדם המודרניים הראשונים שהיגרו מאפריקה, חלקם התרבו ברביה הדדית עם הניאנדרטלים, זאת בעקבות גילוי פיסות דנ"א שאינם אפריקנים המצויים בגנום של האדם המודרני כיום.

כעת אנו יכולים לומר כי, ככל הנראה, היתה זרימת גנים בין הניאנדרטלים לאדם המודרני," אמר המחבר הראשון של המאמר, ריצ'ארד גרין מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז.

גרין, כיום מרצה להנדסה ביומולקולרית בבית הספר בסקין להנדסה באוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז, החל לעבוד על הגנום הניאנדרטלי כחוקר פוסט דוקטורט במכון מקס פלנק לאנתרופולוגיה אבולוציונית בלייפציג, גרמניה. סוונטה פאבו, מנהל המחלקה לגנטיקה במכון, מוביל את פרויקט הגנום הניאנדרטלי, הכולל קונסורציום בינלאומי של חוקרים. דוד רייך, גנטיקאי אוכלוסיות ב- MIT והרווארד, גם מילא תפקיד מרכזי במחקר חדש החקירה המתמשכת של הגנום הניאנדרטלי.

"רצף הגנום הניאנדרטלי מאפשר לנו להתחיל להגדיר את כל התכונות הללו בגנום שלנו שבו אנו נבדלים מכל האורגניזמים האחרים על פני כדור הארץ, כולל היחסים עם הקרובים האבולוציוניים שלנו- הניאנדרטלים" אמר פאבו.

החוקרים זיהו קטלוג של מאפיינים גנטיים ייחודיים לאדם המודרני על ידי השוואת הגנום הניאנדרטלי, גנום של אדם מודרני וגנים של שימפנזה. הגנים המעורבים בהתפתחות קוגניטיבית, מבנה הגולגולת, חילוף חומרים, מורפולוגיה של העור ופיזיולוגיה הם בין הגורמים הבולטים ביותר ש עברו שינויים חשובים באבולוציה האנושית האחרונות.

"עם המאמר הזה, אנחנו רק מגרדים את פני השטח," אמר גרין. "הגנום הניאנדרטלי הוא מכרה זהב של מידע על האבולוציה האנושית, וניתן יהיה להמשיך לבצע מחקרים מסוג זה עוד שנים רבות."

הניאנדרטלים חיו בשטחים נרחבים באירופה ובאסיה המערבית לפני שנכחדו לפני כ- 30,000 שנים. הם חיו בדו קיום עם בני האדם באירופה במשך אלפי שנים, וראיות מאובנים הובילו כמה מדענים לשער כי התקיימה הכלאה בין האדם המודרני לניאנדרטלים. עם זאת, מסתבר שהגנים הלא אפריקנים מצויים לא רק אצל האירופים אלא גם בקרב תושבי מזרח אסיה, ופפואה-גינאה החדשה, לשם לא הגיע האדם הניאנדרטלי.

"התסריט הזה הוא לא מה שרוב האנשים צפו," אמר גרין. "מצאנו את האות הגנטי של הניאנדרטלים בכל מקטעי הגנום שאינם מאפריקה, כלומר ההתרבות אירעה בשלב מוקדם, ככל הנראה במזרח התיכון, והיא משותפת לכל צאצאיהם של בני האדם הראשונים שהיגרו אל מחוץ לאפריקה."

המחקר לא ייחס משמעות תפקודית למוצא הלא אפריקני משום שרק 1-4% מהגנום של התושבים שאינם ממקור אפריקני מקורו בגנום ניאנדטרלי. לדברי גרין אין ראיות גנטית לכך שתכונה חשובה כלשהי הגיעה מהניאנדרטלים. מדובר בפירורים של גנום, המרמזים על מה שהיה בעבר.

ה-DNA שנחקר הופק משלוש עצמות של ניאנדרטלים שנמצאו במערת וינדיגה בקרואטיה, וכמויות קטנות יותר של רצף התקבלו משלוש עצמות מאתרים אחרים. אחת העצמות מוינדיגה היא של ניאנדרטל מלפני 38 אלף שנים והשניה של ניאנדרטל שמת לפינ 44 אלף שנים.

הפקת רצף הגנום - המייצג את הקוד הגנטי על כל הכרומוזומים של אורגניזם – מ-DNA עתיק כזה הוא הישג טכנולוגי יוצא דופן. עצמות האדם הניאנדרטלי לא השתמרו היטב, ועל יותר מ 95 אחוז DNA המחולץ מהם באו חיידקים ואורגניזמים אחרים שהשתלטו על העצם.

החוקרים נאלצו לפתח שיטות מיוחדות כדי לחלץ את ה-DNA של האדם הניאנדרטלי ולהבטיח שהוא לא זוהם עם דנ"א אנושי. הם השתמשו בטכנולוגיה חדשה להשגת נתונים ישירות מתוך רצף ה-DNA שחולץ ללא הגברה. עם זאת למרות שמדעני הגנום מעדיפים לעבור על רצף 4-5 פעמים לפחות כדי להבטיח דיוק, רוב הגנום הניאנדרטלי כוסה עד כה רק פעמיים.

טיוטת רצף הניאנדרטלי הוא כנראה מלאים שגיאות, אמר גרין, אך ההשוואה לגנום של אדם מודרני ולשימפנזה מאפשרת להשתמשו בו למרות מגבלותיו. מקומות שבהם בני אדם נבדלים שימפנזים, בעוד אצל הניאנדרטלים עדיין יש רצף מהאב הראשון המפריד בין האדם לשימפנזה עשוי לייצג תכונות גנטיות אנושית ייחודית. השוואות כאלה איפשרו לחוקרים לקטלג שינויים גנטיים שהפכו להיות קבועים או אצל האדם המודרני בעת האחרונה במאות אלפי השנים האחרונות.

"הממצאים שופכים אור על זמן קריטי באבולוציה האנושית מאז שאנחנו נפרדו מן הניאנדרטלים," אמר גרין. "אנו מבקשים לדהת מהן ההסתגלויות לשינויים שחלו ב-300,000 השנים האחרונות, שבהם הפכנו לאדם המודרני המלא. זה התחום שאני מוצא הכי מרגש. כרגע אנחנו עדיין מנסים לזהות זיהוי מועמדים למחקר המשך."

שושלת האבות של בני האדם והשיפנזים נפרדו ככל הנראה לפני 5-6 מיליון שנה. באמצעות ניתוח הגנום הניאנדרטלי והשוואתו לאדם המודרני העריכו גרין וחבריו כי אבותו אוכלוסית הניאנדרטלים התפצלו מהאדם המודרני לפני 270 אלף עד 440 אלף שנה.

העדות לכך שגנים טריים יותר זרמו בין הניאנדרטלים לבין בני האדם הגיעו מניתוח המראה כי הניאנדרטלים קרובים יותר לכמה גזעים של בני אדם מודרני מאשר לאחרים. החוקרים בחנו את המקום שבו רצפי ה-DNA ידועים כמשתנים בין בני אדם בודדים ב"אות" אחת. תוך השוואת בני אדם שונים עם ניאנדרטלים הם בדקו כיצד הרצף הניאנדרטלי דומה או שונה עם בני האדם השונים.

תדירות ההתאמות של הניאנדרטלים צריכה להיות דומה בכל האוכלוסיות אם הגנים זרמו בין הניאנדרטלים לבני האדם לפני ההפרדות. ואולם זה לא מה שהם מצאו. הם בחנו את המגוון של בני האדם המודרניים, לרבות תושבים מדרום אפריקה, מערב אפריקה, פפואה גינאה החדשה, סין ומערב אירופה. החוקרים מצאו כי תדירות הגנים הניאנדרטלים דומה לזו של הלא אפריקנים לעומת התדירות של השינויים בגנים של תושבי אפריקה.

לדברי גרין, אפילו מספר קטן מאוד של מקרים של רבייה הדדית יכול להסביר את התוצאות הללו. החוקרים מעריכים כי זרימת גנים בין הניאנדרטלים לאדם התרחשה בין 50,000 ו -80,000 לפני שנים. ההסבר הטוב ביותר הוא כי הרבייה הדדית אירעה כאשר האדם הקדמון יצא מאפריקה ונתקל בניאנדרטלים בפעם הראשונה.

"איננו יכולים לתאר לעצמנו כיצד התבצע קשר תרבותי בין בני האדם ובין הניאנדרטליים אבל הידיעה על זרימת גנים חשובה, וזה מרתק לחשוב על איך זה יכול היה להתרחש המפגש", אמר גרין.

החוקרים לא יכלו לשלול הסבר חלופי אפשרי ממצאיהם. בתרחיש זה, האות הגנטית שגילו יכולה לייצג מסד גנטי קדום שהיה קיים בתוך אפריקה, כך שאוכלוסיית האבות של ימינו שאינם אפריקנים היה יותר קרובים לניאנדרטלים מאשר היה אב קדמון של אוכלוסיית האפריקאים של ימינו. "אנחנו חושבים שזה לא המקרה, אבל אנחנו לא יכולים לשלול את האפשרות הזאת," אמר גרין.

החוקרים מצפים שממצאים חדשים רבים יצאו מהמחקר המתמשך של רצפי גנום ניאנדרטלי. קבוצתו של פאבו מצאה לאחרונה עדויות לסוג שלא היה מוכר עד כה של הומניד. לאחר ניתוח רצף ה-DNA של עצם האצבע שהתגלתה בסיביר התברר כי היא של ניאנדרטל.