ДРЕВНА ДНК И НЕАНДЕРТАЛАЦ
Да ли Неандерталски митохондријални геном подржава еволуцију?
Недавно је објављен (1) распоред пуне дужине митохондријалног генома Неандерталца. Ово није потпун нуклеарни геном, већ само онај из једне мале органеле (митохондрије) која постоји у свим животињским ћелијама. Из њихове анализе су закључили, "Неандерталци нису начинили трајан допринос модерном људском фонду мтДНК гена." Иако овај примарни закључак није нужно у сукобу са креационистичком позицијом да су Неандерталци живели након потопа и су потпуно људи, постоји много еволуционистичких претпоставки иза те изјаве које се морају пажљиво размотрити. Постоје заправо три одвојена питања овде:
Да ли је тачна секвенца (низ)?
Да ли секвенца доказује да су Неандерталаци били различита врста?
Да ли је број варијација између Неандерталца и савремених људи доказује да нас раздваја огроман временски период?Тачност сенквенцирања древне ДНКДревна ДНК (дДНК) је проблематична. ДНК је дуг макромолекул који се ломи лако, нарочито између
G-Т остатака где су пуцања скоро три пута чешћа него на другим местима.
(1,2) У овом конкретном случају, фрагменти ДНК који су сачувани из кости Неандерталца имали су просечну дужину од само 69.4
бп (базних парова). То значи да би било потребно на хиљаде делова да би се поново успоставио мтДНК геном од 16,5 хиљада
бп, и потребно је исправити вишеструке копије сваког одељка због високих стопа грешака које су својствене приликом сенквенцирања дДНК. Ричард Грин и група научника које је предводио (научници који су сенквенцирали мтДНК Неандерталца -
http://en.wikipedia.org/wiki/Neanderthal_genome_project) процењују да би било потребно најмање дванаестострука (12) покривеност (очитавање гена) да се постигне стопа грешака од 1 у 10.000. Да направимо поређење, приликом Пројекта Људског Генома (
http://sr.wikipedia.org/wiki/Projekat_ljudskog_genoma) била је потребана покривеност од само 4-5 пута да се заврши нацрт секвенце. МтДНК од Неандерталца је завршена са просечном покривеношћу од 34.9 пута, али без потпуне мтДНК модерног човека за поређење, Неандерталски склоп би био немогућ.
Контаминација древних узорака од стране модерног ДНК је константна тема, приликом редоследа реакције имају тенденцију да појачају квалитет модерне ДНК на рачун фрагментиране дДнк. Присуство нуклеарних копија мтДНК је такође проблем. Нуклеарне копије нису баш идентичне мтДНК и раздвајање то двоје може бити тешко, посебно са кратком просечном дужином прочитаног. Заправо постоје четири врсте мтДНК због којих би аутори морали да буду забринути: фрагментирана (расцепкана) мтДНК Неандерталца, мали број копија фрагментираних нуклеарних примерака мтДНК Неандерталца, контаминиција (загађење) модерне мтДНК, и мали број копија нуклеарних примерака загађене модерне мтДНК. Аутори су уложили велики труд да се тај проблем реши и вероватно нису могли да ураде много више, са обзиром на природу материјала.
У древној ДНК, поједини ДНК остаци су хемијски измењени током времена. Нарочито, честа деаминација (
http://sr.wikipedia.org/wiki/Deaminacija) остатака цитозина доводи до великог смањења броја
цитозин-тимин (
C-T) транзиција и
аденин-гуанин (
А-G) транзиција (прелаза) на комплементарном штранду). Ово се дешава много чешће близу крајева фрагмената ДНК,
(3) што је значајан проблем када се узме у обзир мала просечна величина добијених ДНК фрагмената. Објављена мтДНК Неандерталца се разликује од стандардних људских митохондрија
(4) за 206 нуклеотида (1.2% од 16,569 нуклеотида митохондријалног генома), укључујући 195 транзиција и 11 трансверзија.
(5) Да направимо поређење, било која два савремена човека случајно изабрана ће се разликовати у просеку за око 40 нуклеотида, а највише дивергентне мтДНК из живих људи се разликују нешто више од 120 нуклеотида.
(6) Мутације пронађене у Неандерталској мтДНК су прилично стандардане. Нису пронађени велики
индели (мутације брисања или уметања) и трансверзије су ретке. Уствари, највећи део разлика које су пронађене између Неандерталске и модерне мтДНК су
цитозин-тимин (
C-T) транзиције (прелази). То су једне од најчешћих мутација које се дешавају унутар живих организама, али није јасно да ли су резултат наслеђивања или измене после смрти на Неандерталској секвенци. Многе од тих мутација могу бити показатељи грешака у склопу генома, које су, и поред свих напора аутора, проносили кроз њихову анализу.
http://oi60.tinypic.com/ng66as.jpg
Упркос неким мањим разликама у њиховом облику и еволуционистичке пристрасности у многим реконструкцијама (као овде ход са оба колена савијена, што их чини изгледају више налик мајмунима, али ово је невероватно неефикасан и невероватан начин кретања), костури Неандерталца су веома слични као код савремених људи. Геном Неандерталца је исто изузетно сличaн људском.Посебно треба истаћи откриће неколико не-синонимних промена амино киселина у областима протеинског кодирања у Неандерталском митохондријалном геному, поготово она код субјединице 2. од гена цитохром ц оксидазе (
http://sr.wikipedia.org/wiki/Citohrom_c_oksidaza). Они тврде да је ово доказ да је селекција пречишћавања (
у природној селекцији) на Неандерталској мтДНК вероватно смањена услед мале величине популације. То је зато што су ове врсте замена (мутација) ретке јер се претпоставља да је већина штетна, и зато што се селекција разбија у малим популацијама због високих стопа случајних замена у генским фреквенцијама (стопа фиксација нових мутација је обрнуто пропорционална броју становника). Али мале популације су такође у опасности због високе стопе акумулације мутација,
(7) која на крају могу довести до истребљења због "
катастрофе са грешкама". Акумулација не-синонимних мутација на важним генима је доказ да висока стопа мутације делује на малој популацији под претњом изумирања. То такође може указивати на присуство после-смртне ДНК дегенерације коју њихове технике нису могле препознати. Ако су резултати валидни, акумулација штетних мутација може да објасни нестанак Неандерталаца. Међутим, значај стопе прилагодљивости синонимних ка не-синонимним се недавно нашао на удару,
(8,9) тако да морамо да пажљиво тумачити ове налазе.
Постоји огромна количина литературе која се бави замкама и претпоставкама које су својствене у раду са древном ДНК. Аутори су свесни овог знања и дали све од себе да избегну потенцијалне проблеме, али време је променљив судија претходних напора сенквенцирања дДНК. Грин и остали су закључили да ова једна Неандерталска мтДНК 'недвосмислено' пада ван домета савремених људи. Ово је узето као истина здраво за готово, јер се претпоставља да је секвенца је тачна.
Да ли су Неандерталци били различита врста?Претпоставимо да је Неандерталска мтДНК секвенца тачна. Чак и тада, поредећи један Неандерталски узорак са репрезентативним узорком од савремених људи није високо информативано. Може бити да су Неандерталци били јединствени огранак модерних људи са ограниченом генетском разноврсношћу због инцеста. Алтернативно, може бити да су Неандерталци били веома хетерогена група са богатим генетским наслеђем које обухвата модерне људе. Све у свему мораћемо да сачекамо да додатне Неандерталске секвенце постану доступне пре него што би могли да донесемо јаке закључке.
Сасвим је могуће да су Неандерталци нагомилавали мутације веома брзо у годинама после Потопа. На основу овог једног узорка, Неандерталци имају много мутација које нису виђене и било ком модерном човеку. Чак и поред тога, ова Неандерталска секвенца је ближа модерном човеку него што су многе живе шимпанзе једне другима! Разноликост унутар живих шимпанза до три-четири пута већа од оне у модерној људској популацији,
(11,12) иако шимпанзе потичу од једног препотопног пара па би требале да имају мање генетске разноврсности него људи. Ово је доказ да је геном шимпанза у брзом паду и то може да укаже да је неке степен ентропије деловао на Неандерталски геном.
Теорија коалесценције
(13) (
ретроспективни модел у популационој генетици који покушава да прати алеле у генима које деле сви чланови популације да би се пронашао најскорашњи заједнички предак) предвиђа да би данашњи народи требали бити потомци само једног малог дела популације предака. "Теорија о недавном афричком пореклу човека"
(14) је првобитно претпостављала да сви људи који су данас живи потичу од једне жене ("Митохондријске Еве") која је живела у Африци пре око 200.000 година (процењени датум варира од аутора до аутора). То не значи да је она била једина жена која је била жива у то време, већ да се лозе сваке живе особе спајају у овој једној особи. Теорија је од тада проширена и укључује и "Y-хромозомског Адама".
(15) Сједињавање линија је показано у популацији на Исланду, где су само 6,6% жена и 10% мушкараца, који су били живи између 1698-1742 године, преци 62% жена и 71% мушкараца који су живи данас.
(16) Сједињавање (коалесценција) је можда општа појава у свим популацијама, делујући као левак за каналисање генетичке разноврсности од ограниченог броја предака. Изгледа да је дошло до губитка варијација у оквиру становништва у Енглеској током протеклих 1000 година
(17) због болести и других фактора. Ако су процеси попут овога постојали током људске историје, не би требали очекивати да модерни човек и Неандерталац деле исте "мутације".
Коалесценција у малим популацијама се могла десити неколико пута у својој историји. Један оснивач може бити митохондријални предак целокупне популације, фиксирајући те оснивачке мутације. Ако је број становника и даље мали, догађај са другим оснивачем би се могао догодити, додајући мутације које су нагомилале у каснијем појединцу у фонд фиксних мутација. Ово је забрињујуће за одржавање угрожених врста заточених у зоо вртовима и ово постаје очигледно у разним расама домаћих животиња када су приказале карактеристичне онеспособљавајуће (дебилитантне) мутације. Мале популације нестају брзо и то је оно што се можда десило са Неандерталцима, омогућавајући брзо нагомилавање нових мутација.
Грин и остали су направили експлицитном стандардну претпоставку да се мтДНК наслеђује само матернално и да се митохондријална рекомбинација не дешава. Они су онда закључили Неандерталци нису дали трајан допринос савременом људском мтДНК генетском фонду. Иако се о овим двема претпоставкама расправљало у литератури напред и назад неколико година, најновији докази изгледа да указују да оне уствари могу бити погрешне.
(18) Ако се докази за митохондријалну рекомбинацију наставе да акумулирају, овај закључак ће морати да се преиспита, јер онда може бити могуће да су делови Неандерталског митохондријалног генома присутни код модерних људи. Грин и остали су нашли једну мутацију у модерном човеку, која није пронађена нигде другде него код Неандерталца и они су то приписали назад Неандерталцима. Исправан закључак је вероватно да се мутација појавила два пута у два одвојена рода (лозе), али је занимљиво запажање.
Да ли је ово доказ велике старости?Грин и остали датирају време дивергенције (разилажења) модерних људских и Неандерталских родних линија на 660.000 плус/минус 140.000 година бп. Да би ово урадили, они су површно изјавили да су ово засновали на претпоставци молекуларног сата, на наводном раздвајању човека и шимпанзе пре 6-8 милиона година, и на Стандардном Неутралном Моделу Еволуције
(19) (
http://sr.wikipedia.org/wiki/Neutralna_teorija_molekulske_evolucije). Неутрални модел претпоставља да се нагомилавање мутација у митохондријама дешава без природне селекције и да се генетски (и културолошки) фактори, који контролишу стопе мутација, не разликују широм људске популације или током времена. Али пошто не знамо актуелне стопе мутација, и пошто не знамо стопе мутација током историје, и пошто су све претпоставке иза Стандардног Неутралног Модела под знаком питања,
(20) морамо закључити да је степен повезаности овог једног узорка Неандерталца са савременим човеком непознат у овом тренутку.
Они су дали занимљиво признање,
"Међутим, ако се процењени датум разилажења између људи и шимпанза, или садашње претпоставке о томе како мтДНК еволуира, покажу нетачаним, процене у календарским годинама разилжења Неандерталцских и људских мтДНК би требало да се ревидирају." Они такође признају да су
"еволуциони датуми јасно зависни од многих слабих претпоставки"...Постоји неколико одређених проблема који се односе на старост овог фосила које бих желео да продискутујем.
Стопе мутације су непознатеВећина процена стопе мутација које видимо у научној литератури су пристрасне и стављене надоле (да су ниске) због претпоставке о дугорочној еволуцији. Ово је проблем из два разлога. Прво, они могу рачунати време разилажење за две врсте које су створене одвојено (нпр. шимпанзе и људи) и које због тога нису технички упоредиве. Друго, прорачуни стопа разилажења (дивергенције) су одређене упоређујући их са замишљеним прошлим догађајима. На пример, ако су људи и шимпанзе X% различити, да би израчунали стопе мутације, они поделе Х са 6-8 милиона (број година пре колико смо се наводно разишли од шимпанза). Време раздвајања савременог човека и Неандерталца је засновано на стопи дивергенције (разилажења) која се обрачунава преко претпостављеног времена разилажења човека и шимпанзе. Стопе мутација засноване на генеалогији су много веће од оних које су засноване на филогенији (
http://sr.wikipedia.org/wiki/Filogenija) и вероватно су много реалније. Недавне студије су показале да су мерљиве стопе мутација много веће него оне које филогенетске или чак и оне које генеолошке методе предвиђају.
(21)Неутрална теорија не дозвољава мутацијама, у ДНК полимерази (
http://sh.wikipedia.org/wiki/DNK_polimeraza) или у било чему што утиче на ДНК копирање или поравку, да се догоде у само једној субпопулацији. То би уништило сам појам молекуларног сата, јер се тада не би очекивало да се мутације равномерно нагомилавају широм света. Али можемо да меримо тачност ДНК полимеразе, укључујући и људску митохондријалну ДНК полимеразу,
(22) и знамо да мутације у ДНК полимерази могу да уздигну стопе грешака у људским митоцхондријама.
(23)Рапидне мутације у суровим условимаБрус Ејмс (
http://en.wikipedia.org/wiki/Bruce_Ames), члан престижне америчке Националне академије наука, је предложио да генетска оштећења могу бити директно повезана са лошом исхраном.
(24) Према теорији, када је под претњом умирања од глади, тело мора да одлучи које ће системи да наставе да раде и које ће системе да угаси. Овај механизам генетске "тријаже" би могао одржати организам живим, али на рачун мање критичних ћелијских операција попут поправке ДНК.
Било је предложено од стране неколико креациониста да је Неандерталско становништво живело у Европи под мање идеалним условима и било подвргнуто нутритивним ограничењима, посебно недеостатку витамина Д услед стално облачног времена током послепотопног леденог доба.
Додајте сурове услове и лошу исхрану на мало инцесоидно становништво и имате инстант рецепт за рапидну акумулацију мутација у било којој људској популацији.Унапред одређене стазе мутација?Једна од претпоставки иза неутралне теорије је да су све мутације независне и насумичне. Вероватно би била грешка веровати да се мутације дешавају случајно и да нису повезане, међутим, било која мутација се само може десити у оквиру околне генетске информације. Једна мутација може бити искључена од друге (јер комбинације могу бити смртоносне) или може довести до низа других мутација (јер неки сетови мутација се могу искључити одређеним појединачним мутацијама). Докази за овакву врсту интеракција између мутација су ограничени, али постоје. Ако неке мутације доводе до других, не би требало да очекујемо да две одвојене лозе (линије) имају исти мутацини пут. Ово је посебно тачно ако мутација утиче на исправност механизма за ДНК копирање.
ЗакључциДок ће еволуционисти (укључујући теистичке еволуционистe) и "прогресивни креационисти" вероватно трубети са овим новим документом и показивати га као доказ да су Неандерталци и савремени људи две различите врсте, ја верујем да су њихови закључци преурањени. Као што сам укратко горе навео, постоји много тога што не знамо о науци модерне генетике. И постоје фактори, попут коалесценције, брзог генетичког дрифта, и генетичке тријаже, у малим изолованим популацијама који потенцијално могу објаснити открића. У сваком случају, савремене шимпанзе се могу разликовати више једне од других у њиховој мтДНК него што се модерни људи разликују од овог примерка Неандерталца,
па се пазите свакога ко тврди да су Неандерталци посебана врста на основу генетских разлика.Када приступамо оваквим доказима, морамо да будемо скептични,
морамо разумети теорију која је довела до таквих закључака и морамо да доводимо у питање претпоставке иза те теорије. Ако то урадимо ове три ствари, не морамо се бојати да се Неандерталски човек на неки начин неће уклопити у библијски модел стварања.