Sinds de ontdekking in 1990 heeft La Sima de los Huesos, een ondergrondse grot in het Atapuerca-gebergte in Noord-Spanje, meer dan 6.000 fossielen opgeleverd van 28 individuele oude menselijke voorouders, waardoor het Europa's belangrijkste locatie is voor de studie van oude mensen. Maar ondanks jarenlange analyse is er twijfel geweest over de exacte leeftijd en zelfs de soort waartoe deze individuen behoorden.
Maar nu heeft een internationale groep wetenschappers voor het eerst DNA geëxtraheerd en gesequenced uit het gefossiliseerde femur van een van deze individuen. De resulterende gegevens - die het oudste genetische materiaal vertegenwoordigen dat ooit is samengesteld uit een mens of oude menselijke voorouder - geven ons eindelijk een idee van de leeftijd en het geslacht van deze mysterieuze individuen, en dat is niet wat veel wetenschappers verwachtten.
Het geteste gefossiliseerde bot, een dijbeen, is ongeveer 400.000 jaar oud. Maar de grote verrassing is dat, hoewel wetenschappers eerder hadden geloofd dat de fossielen tot Neanderthalers behoorden vanwege hun anatomische uiterlijk, de DNA-analyse eigenlijk laat zien dat ze nauwer verwant zijn met Denisovans, een recent ontdekte derde lijn van menselijke voorouders die alleen bekend zijn uit DNA geïsoleerd uit een paar fossielen die in 2010 in Siberië zijn gevonden. De bevindingen, die vandaag in Nature zijn gepubliceerd, zullen antropologen dwingen om opnieuw te overwegen hoe de Denisovans, Neanderthalers en de directe voorouders van moderne mensen in elkaar passen in een gecompliceerde stamboom.
Het dijbeen waaruit DNA is geëxtraheerd voor analyse. Foto door Javier Trueba, Madrid Scientific Films
De analyse werd mogelijk gemaakt door recente ontwikkelingen in methoden voor het terugwinnen van oude DNA-fragmenten ontwikkeld bij het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Antropologie in Duitsland, eerder gebruikt om het DNA te analyseren van een grotbeerfossiel gevonden in dezelfde grot. "Dit zou pas twee jaar geleden mogelijk zijn geweest", zegt Juan Luis Arsuaga, een paleontoloog aan de Universiteit van Madrid, die de eerste opgravingen van de grot leidde en samenwerkte aan de nieuwe studie. "En zelfs met deze nieuwe methoden, hadden we nog steeds niet verwacht dat deze botten DNA zouden behouden, omdat ze zo oud zijn - tien keer ouder dan sommige van de oudste Neanderthalers van wie we DNA hebben afgenomen."
Na het extraheren van twee gram gemalen bot uit het dijbeen, isoleerde een groep wetenschappers onder leiding van Matthias Meyer het mitochondriale DNA (mtDNA), een verzameling genetisch materiaal dat verschilt van het DNA in de chromosomen in de kernen van onze cellen. In plaats daarvan leeft dit mtDNA in de mitochondriën van onze cellen - microscopische organellen die verantwoordelijk zijn voor cellulaire ademhaling - en is veel korter in lengte dan nucleair DNA.
Er is nog een eigenaardigheid van mtDNA die het vooral waardevol maakt als middel om de evolutie van oude mensen te bestuderen: in tegenstelling tot je nucleaire DNA, een mix van DNA van je beide ouders, komt je mtDNA alleen van je moeder, omdat de meeste zaadcellen mitochondriën worden gevonden in zijn staart, die het na bevruchting werpt. Als resultaat is mtDNA vrijwel identiek van generatie op generatie en is een beperkt aantal verschillende sequenties van mtDNA (haplogroepen genoemd) waargenomen bij zowel moderne mensen als oude menselijke voorouders. In tegenstelling tot anatomische kenmerken en nucleair DNA, die binnen een groep kunnen variëren en het moeilijk maken om elkaar met vertrouwen van elkaar te onderscheiden, is mtDNA over het algemeen consistent, waardoor het gemakkelijker wordt om een bepaald exemplaar aan een lijn te koppelen.
Daarom, toen de onderzoekers het mtDNA van het dijbeen vergeleken met eerder gesequentieerde monsters van Neanderthalers, van een Denisovan-vingerbot en tand gevonden in Siberië en van veel verschillende moderne mensen, vonden ze het zo verrassend dat het meer op de Denisovanen leek. "Dit was echt onverwacht", zegt Arsuaga. "We moesten heel hard nadenken om een paar scenario's te bedenken die dit mogelijk zouden kunnen verklaren."
Antropologen wisten al dat alle drie de lijnen (mensen, Neanderthalers en Denisovans) een gemeenschappelijke voorouder hadden, maar het is verre van duidelijk hoe alle drie groepen in elkaar passen, en het beeld wordt verder vertroebeld door het feit dat er kruising tussen hen kan hebben plaatsgevonden nadat ze uiteen. Met behulp van de vergelijking van het mtDNA van het dijbeen met het Neanderthaler, konden Denisovan en moderne menselijke monsters de onderzoekers de leeftijd schatten - op basis van bekende percentages van mtDNA-mutatie, de eerder vastgestelde leeftijden van de andere monsters en de mate van verschil tussen hen - leidend het cijfer van 400.000 jaar.
Om uit te leggen hoe een Neanderthaler ogende persoon in deze periode Denisovan mtDNA zou kunnen krijgen, presenteren de wetenschappers verschillende hypothetische scenario's. Het is bijvoorbeeld mogelijk dat het fossiel in kwestie behoort tot een geslacht dat diende als voorouders van zowel Neanderthalers als Denisovans, of meer waarschijnlijk, een die kwam na de splitsing tussen de twee groepen (geschat op ongeveer 1 miljoen jaar geleden) en was nauw verwant met het laatste, maar niet met het eerste. Het is ook een mogelijkheid dat het dijbeen tot een derde, andere groep behoort, en dat de overeenkomsten met Denisovan mtDNA worden verklaard door kruising met de Denisovans of het bestaan van nog een andere mensachtige lijn die fokte met zowel Denisovans als de La Sima de los Huesos populatie en introduceerde hetzelfde mtDNA in beide groepen.
Als dit voor jou een ingewikkelde stamboom klinkt, ben je niet alleen. Deze analyse, samen met eerder werk, voegt nog meer mysterie toe aan een toch al raadselachtige situatie. Uit eerste testen op het Denisovan-vingerbot in Siberië bleek bijvoorbeeld dat het mtDNA deelde met moderne mensen die in Nieuw-Guinea wonen, maar nergens anders. Ondertussen werd eerder gedacht dat Neanderthalers zich in Europa hadden gevestigd en Denisovans verder naar het oosten, aan de andere kant van het Oeralgebergte. De nieuwe analyse compliceert dat idee.
Voor nu zijn de onderzoekers van mening dat het meest plausibele scenario (hieronder geïllustreerd) is dat het dijbeen tot een geslacht behoort dat zich afsplitste van Denisovans ergens nadat ze waren afgeweken van de gemeenschappelijke voorouder van zowel Neanderthalers als moderne mensen. Maar misschien is de meest opwindende conclusie die uit dit werk komt, dat het bewijst dat genetisch materiaal ten minste 400.000 jaar kan overleven, en zelfs na die mate van degradatie kan worden geanalyseerd. Gewapend met deze kennis en de nieuwe technieken, kunnen antropologen nu proberen vele andere oude exemplaren genetisch te onderzoeken in de hoop onze stamboom beter te begrijpen.
Afbeelding via Nature / Meyer et. al.
