First portrait of mysterious Denisovans drawn from DNA
An artist’s impression of a young female Denisovan, based on skeletal traits derived from ancient DNA.Credit: Maayan Harel
Desde que os arqueólogos descobriram os primeiros restos de Denisovanos fragmentados em uma caverna da Sibéria, os pesquisadores vasculharam o mundo em busca de pistas sobre a aparência dos misteriosos homininos. A Caverna de Denisova produziu mais alguns fósseis pequenos, principalmente dentes. Um maxilar do platô tibetano acrescentou detalhes este ano, assim como informações sobre um osso do dedo que se deslocava entre laboratórios na Rússia, Califórnia e Paris. Mas nenhum desses fósseis é grande ou completo o suficiente para reconstruir muitos detalhes anatômicos.
Agora, os biólogos computacionais produziram um esboço aproximado da anatomia de Denisovan com base em alterações epigenéticas - modificações químicas no DNA que podem alterar a atividade gênica. Sua abordagem revela que os denisovanos tinham aparência semelhante aos neandertais, mas tinham algumas diferenças sutis, como mandíbula e crânio mais largos1.
“Isso ajuda a criar uma imagem mais clara de como eles podem parecer. Apenas a ideia de que é possível usar o DNA para prever tão bem a morfologia é muito impressionante ”, diz Bence Viola, paleoantropologista da Universidade de Toronto, no Canadá, que analisou os restos mortais de Denisovan, mas não participou dessa pesquisa.
Mapping methylation
As modificações epigenéticas no DNA têm uma influência profunda no desenvolvimento, na doença e na maioria das características biológicas ao longo da vida. Eles podem ajudar a determinar diferenças entre células com genomas idênticos. Uma das alterações epigenéticas mais estudadas é a adição a uma base de DNA de um grupo químico metilico - composto de um átomo de carbono e três hidrogênios - que freqüentemente reprimem a atividade de um gene.The methyl group degrades after death, so cannot be spotted in ancient DNA. But a team co-led by Liran Carmel, a computational biologist at the Hebrew University of Jerusalem, discovered a way to identify parts of ancient DNA that had once been methylated, by analysing patterns of chemical damage that accrues to the DNA over time. In 2014, Carmel’s team mapped methylation patterns across the genomes of Neanderthals and Denisovans, and identified a limb-development gene for which these patterns differed between the extinct groups and modern humans2.
No último estudo, Carmel e o biólogo computacional David Gokhman, também da Universidade Hebraica de Jerusalém, lideraram uma equipe que identificou milhares de outras regiões do genoma, nas quais os padrões de metilação dos denisovanos e neandertais eram diferentes dos humanos modernos. Eles os compararam com bancos de dados de modificações epigenéticas no tecido humano - onde são conhecidos os impactos na expressão gênica - e produziram uma lista de centenas de genes para os quais os níveis de expressão provavelmente diferiam entre grupos arcaicos e humanos modernos.
Para conectar essa lista a características anatômicas que afetariam a aparência dos denisovanos, os pesquisadores analisaram outro banco de dados, que cataloga os efeitos físicos de mutações genéticas em pessoas com condições raras. Carmel e Gokhman argumentaram que a expressão gênica reduzida causada pela metilação do DNA era aproximadamente análoga aos efeitos das mutações causadoras da doença.
Neanderthal comparison
Antes de aplicar seu método aos denisovanos, a equipe de Carmel e Gokhman testou primeiro se poderia prever com sucesso a anatomia dos neandertais, que é conhecida por centenas de fósseis.As previsões sobre a aparência física feitas com essa abordagem são qualitativas e relativas, explica Carmel. "Posso dizer que os dedos são mais longos, mas não posso dizer que eles são mais longos em 2 milímetros", diz ele.
A equipe encontrou 33 traços neandertais que poderiam ser previstos a partir de padrões de metilação. Os resultados previram com precisão 29 dessas características, por exemplo, que as espécies tinham rostos mais amplos e cabeças mais lisas do que os humanos modernos. Mas indicou erroneamente que os recuos entre os ossos fundidos do crânio, conhecidos como suturas, eram maiores nos seres humanos.
Os pesquisadores então voltaram a técnica para os denisovanos. Eles previram que esses hominíneos compartilhavam muitos traços com os neandertais, como a testa baixa e as costelas largas, mas identificaram algumas diferenças, incluindo mandíbulas e crânios mais largos. Embora seja impossível saber quão precisa é sua imagem, algumas das previsões são apoiadas por evidências de restos de Denisovan.
A característica Denisovana mais bem caracterizada no registro fóssil são os dentes molares gigantescos. Embora os pesquisadores não tenham sido capazes de prever isso - porque o tamanho molar não estava no banco de dados que eles usaram - eles determinaram que os denisovanos tinham longos arcos dentários, uma adaptação potencial para dentes grandes.
O maxilar inferior de 160.000 anos do platô tibetano correspondia às previsões de Gokhman e Carmel para 3 de 4 traços. E um pedaço de caveira da Caverna Denisova que Viola apresentou nas reuniões (mas ainda não foi descrito em um artigo) sugere que o grupo tinha cabeças grandes - o que corresponde à reconstrução epigenética. No entanto, uma reconstrução da ponta do dedo de Denisovan, publicada este mês3, sugeriu que a deles era esbelta como a dos humanos - ao contrário dos dedos grossos do tipo neandertal na previsão.
“Acho que o quadro geral está correto, mas com os traços individuais, há muita margem de manobra”, diz Viola. Embora ele esteja impressionado com as previsões, ele não tem certeza de como elas ajudarão a determinar como os denisovanos realmente eram. Os ossos em potencial de Denisovan são tão raros que a maioria já foi testada para DNA ou proteína - atualmente a única maneira de vincular permanece o grupo extinto.
Essa é uma "abordagem absolutamente válida", diz Manolis Kellis, biólogo computacional do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em Cambridge, que trabalha com dados epigenéticos. Os autores fazem um bom trabalho respondendo às incertezas que alimentam suas previsões, acrescenta ele. "As descobertas resultantes são bastante robustas."
No futuro, os cientistas poderão usar a epigenética para reconstruir a anatomia dos homininos conhecidos a partir de fósseis fragmentados ou talvez até o DNA da sujeira, diz Pontus Skoglund, geneticista populacional do Francis Crick Institute, em Londres. Mas ele acha que a abordagem poderia ser mais útil na previsão de características, como comportamento, que não deixam uma impressão no registro fóssil.
doi: 10.1038/d41586-019-02820-0
References
- 1.Gokhman, D. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.08.035
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