Tibetanen erfden gen op grote hoogte van de oude mens

Een superathlete -gen dat Sherpa's en andere Tibetanen helpt om op grote hoogte gemakkelijk te ademen, was geërfd van een oude mensensoort. Dat is de conclusie van een nieuwe studie, waarin wordt vastgesteld dat de genvariant afkomstig was van mensen die bekend staan ​​als Denisovans, die snel uitstierven nadat ze ongeveer 40.000 jaar geleden met de voorouders van Europeanen en Aziaten hadden gedekt. Dit is de eerste keer dat een versie van een gen dat is verkregen door kruising met een ander type mens, heeft aangetoond dat moderne mensen zich kunnen aanpassen aan hun omgeving.

Onderzoekers hebben zich al lang afgevraagd hoe Tibetanen leven en werken op hoogten boven de 4000 meter, waar de beperkte zuurstofvoorziening de meeste mensen ziek maakt. Andere mensen op grote hoogte, zoals Andes-hooglanders, hebben zich aangepast aan zulke ijle lucht door meer zuurstof-dragend hemoglobine aan hun bloed toe te voegen. Maar Tibetanen hebben zich aangepast door minder hemoglobine in hun bloed te hebben; wetenschappers denken dat deze eigenschap hen helpt ernstige problemen te voorkomen, zoals stolsels en beroertes die worden veroorzaakt wanneer het bloed dikker wordt met meer met hemoglobine beladen rode bloedcellen.

Onderzoekers ontdekten in 2010 dat Tibetanen verschillende genen hebben die hen helpen kleinere hoeveelheden zuurstof efficiënt te gebruiken, waardoor ze er voldoende van aan hun ledematen kunnen afleveren terwijl ze op grote hoogte trainen. Het meest opvallend is een versie van een gen genaamd EPAS1, dat de productie van hemoglobine reguleert. Ze waren echter verrast door hoe snel de variant van EPAS1 zich aanvankelijk verspreidde, ze dachten dat het zich in 3000 jaar verspreidde door 40% van de Tibetanen op grote hoogte, wat de snelste genetische sweep is die ooit bij mensen is waargenomen vroeg zich af waar het vandaan kwam.

Nu heeft een internationaal team van onderzoekers het EPAS1- gen in 40 Tibetanen en 40 Han-Chinezen bepaald. Beiden maakten ooit deel uit van dezelfde populatie die zich ergens tussen 2750 en 5500 jaar geleden in twee groepen splitste. Populatiegeneticus Rasmus Nielsen van de Universiteit van Californië, Berkeley, zijn postdoc Emilia Huerta-Sanchez en hun collega's analyseerden het DNA en ontdekten dat de Tibetanen en slechts twee van de 40 Han-Chinezen een onderscheidend segment van het EPAS1- gen hadden waarin vijf letters van de genetische code waren identiek. Toen ze in het 1000 Genomes Project de meest uiteenlopende catalogus van genomen van mensen over de hele wereld zochten, konden ze geen enkele andere levende persoon vinden die dezelfde code had.

Vervolgens vergeleek het team de genvariant met DNA-sequenties van archaïsche mensen, waaronder Neandertals en een Denisovan, wiens genoom werd gesequenced uit het DNA in het vingerbeen van een meisje uit de Denisova-grot in het Altai-gebergte in Siberië. De segmenten Denisovan en Tibetan kwamen nauw overeen.

Het team vergeleek ook het volledige EPAS1- gen tussen populaties over de hele wereld en bevestigde dat de Tibetanen het hele gen van Denisovans in de afgelopen 40.000 jaar of zo hadden geërfd van een nog eerdere voorouder die dat DNA droeg en het doorbracht op zowel Denisovans als moderne mensen. Maar ze sloten het tweede scenario uit dat het gen was geërfd van de laatste voorouder die moderne mensen meer dan 400.000 jaar geleden met Denisovans deelden omdat zo'n groot gen, of segment van DNA, mutaties zou hebben verzameld en daarmee zou zijn opgebroken veel tijd en en de Tibetanen en Denisovans versies van het gen zouden niet zo goed overeenkomen als vandaag.

Maar hoe hebben de Tibetanen dit gen geërfd van mensen die 40.000 jaar eerder in Siberië en andere delen van Azië leefden? Met behulp van computermodellen vonden Nielsen en zijn team de enige plausibele verklaring dat de voorouders van Tibetanen en Han-Chinezen het gen kregen door te paren met Denisovans. Het genoom van dit enigmatische volk heeft onthuld dat ze nauwer verwant waren aan de Neandertals dan aan de moderne mens en dat ze zich ooit in Azië uitstrekten, dus misschien hebben ze bij de voorouders van Tibetanen en Han-Chinezen gewoond. Andere recente studies hebben aangetoond dat, hoewel Melanesiërs in Papoea-Nieuw-Guinea tegenwoordig het hoogste niveau van Denisovan-DNA hebben (ongeveer 5% van hun genoom), sommige Han-Chinese en vasteland-Aziaten een laag niveau van Denisovan-afkomst behouden (ongeveer 0, 2% tot 2%), wat suggereert dat veel van hun Denisovese afkomst in de loop van de tijd is weggevaagd of verloren, omdat hun kleine populaties werden geabsorbeerd door veel grotere groepen moderne mensen.

Hoewel de meeste Han-Chinezen en andere groepen de Denisovans-versie van het EPAS1- gen verloren omdat het niet bijzonder nuttig was, hebben Tibetanen die zich op het Tibetaanse plateau op grote hoogte vestigden, het behouden omdat het hen hielp zich aan te passen aan het leven daar, meldt het team vandaag online in de natuur . De genvariant werd begunstigd door natuurlijke selectie, dus het verspreidde zich snel naar veel Tibetanen.

Een paar Han-Chinezen - misschien 1% tot 2% - dragen vandaag nog steeds de Denisovan-versie van het EPAS1- gen omdat de kruising plaatsvond toen de voorouders van Tibetanen en Chinezen zo'n 40.000 jaar geleden nog deel uitmaakten van één groep. Maar het gen is later verloren gegaan in de meeste Chinezen, of de Han-Chinezen hebben het mogelijk recenter verkregen door kruising met Tibetanen, zegt Nielsen.

Hoe dan ook, wat het meest interessant is, zegt Nielsen, is dat de resultaten aantonen dat paring met andere groepen een belangrijke bron van nuttige genen was in de menselijke evolutie. "De moderne mens wachtte niet op nieuwe mutaties om zich aan te passen aan een nieuwe omgeving, " zegt hij. "Ze konden adaptieve eigenschappen krijgen door te kruisen."

De ontdekking is het tweede geval waarin moderne mensen een eigenschap van archaïsche mensen hebben verworven, merkt paleogeneticus Svante Pääbo van het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Antropologie in Leipzig, Duitsland, wiens team de Denisovan-mensen heeft ontdekt. Eerder dit jaar liet een ander team zien dat met name Maya's een genvariant van Neandertals hebben geërfd die het risico op diabetes verhoogt.

De ultieme ironie, merkt Nielsen op, is dat we, zodra we dit gunstige gen hebben gekregen, nooit de gunst hebben teruggegeven. In plaats daarvan hebben we misschien geholpen de Denisovans uitgestorven te maken.