O projeto do genoma humano publicou o genoma humano moderno há 20
anos, e o genoma do neandertal foi sequenciado há pouco mais de uma
década. O que esses mapas significam para a nossa compreensão da
humanidade?
Por: Marcus - 2025
Em 1990 , os pesquisadores embarcaram em um projeto épico para mapear todo o DNA humano: o projeto do genoma humano . Seu primeiro rascunho do genoma humano foi publicado há 20 anos hoje.
Encontro -me pensando: uau, já faz 20 anos inteiros - mas já faz apenas 20 anos !
A genética é um campo vertiginosamente complexo que ainda está em sua
infância. Por causa disso, novos achados e avanços têm muito potencial
de interpretação errônea e uso indevido. Mas o campo também serviu como
um lembrete potente de quão semelhantes todos nós somos no centro - e
quão misturada a humanidade tem sido durante todo o tempo.
Os seres humanos têm mais de 3 bilhões de pares de cartas de DNA em
seu genoma: acontece que menos de 2 % disso explica cerca de 20.000 genes específicos
ou conjuntos de instruções que codificam as proteínas que produzem
nossos tecidos.
Todos os seres humanos compartilham o mesmo conjunto
básico de genes (todos temos um gene para a consistência da cera, por
exemplo), mas existem variações sutis na ortografia do DNA desses genes
de indivíduo para indivíduo que resultam em proteínas ligeiramente
diferentes (pegajosa versus cera de ouvido seca). O projeto do genoma
humano mapeou nossos genes e o DNA no meio e partiu para ver como essas
minúsculas variações no DNA estão ligadas a variações em características
físicas e doenças. No geral, qualquer ser humano é cerca de 99,9 % semelhante , geneticamente, a qualquer outro ser humano.
moderno Tudo o que é apenas para o Homo sapiens , é claro.
Como pesquisador se concentrou na evolução humana e na vida de
populações de hominina há muito extinta, o projeto do genoma humano foi
apenas o começo das avenidas da pesquisa que acho incrivelmente
emocionante.
O projeto Neanderthal Genome
começou em julho de 2006 e, em maio de 2010 - pouco mais de uma década
atrás - os pesquisadores publicaram o rascunho inicial do genoma de um
de nossos parentes extintos mais próximos. Nosso genoma se sobrepõe a
cerca de 97 a 98 % do dos neandertais
, graças a nós compartilharmos um ancestral comum. (Muitos seres vivos
são surpreendentemente semelhantes: humanos e chimpanzés, por exemplo,
são apenas 1,2 a 6 % diferentes um do outro, dependendo de como você conta.)
Grupos humanos viviam, se moviam e se misturavam, e alguns vestígios desse mundo nos deixam para sair do nosso genoma.
Graças a este trabalho, agora sabemos detalhes sobre os
neandertais que apenas o registro arqueológico nunca poderia ter
fornecido. Por exemplo, fragmentos de DNA de espécimes encontrados na
Espanha e na Itália mostraram que pelo menos alguns neandertais provavelmente tinham pele pálida
e cabelos avermelhados - embora, curiosamente, as variações para essa
coloração são diferentes das variantes encontradas em humanos modernos.
Aparentemente, as ruivas entre o Homo sapiens evoluíram separadamente.
Estou particularmente interessado em como os neandertais e outras
populações de hominina usavam os recursos vegetais e animais ao seu
redor para alimentos, ferramentas e outras necessidades diárias. O DNA
pode fornecer pistas nessas arenas. Por exemplo, os neandertais, como
nós, possuíam um gene com o nome cativante TAS2R38
que controla a capacidade de provar substâncias amargas. As chances são
de que essa adaptação evoluiu na linhagem humana para nos permitir
evitar alimentos que contêm toxinas, que geralmente têm um gosto amargo.
Em 2016, os pesquisadores examinaram
um gene em humanos e neandertais modernos que controlam a resposta do
corpo aos hidrocarbonetos carcinogênicos. Eles descobriram que os
neandertais eram até 1.000 % mais sensíveis a esses agentes cancerígenos
do que os humanos, mas tinham mais variantes genéticas que melhor
neutralizaram os efeitos nocivos. Talvez essa tenha sido uma adaptação
que ocorreu como resultado do uso precoce de incêndio, pois nossos
ancestrais de hominina começaram a inalar fumaça carcinogênica. Isso
ainda não está claro.
Freqüentemente, os dados genéticos levantam mais questões do que respondem.
✽
O resultado mais interessante
dos projetos de genoma humano e neandertal pode ser a descoberta de que
os neandertais fizeram algumas contribuições para o genoma humano
existente - em outras palavras, neandertais e homo sapiens ocasionalmente intercam.
A imagem completa das interações entre o Homo sapiens
e as populações neandertais durante o período em que esses grupos se
sobrepunham na Europa e no leste da Ásia ainda é obscura. (Para tornar
as coisas ainda mais complicadas, parece que os neandertais e o homo sapiens também se cruzaram com os Denisovanos, outro grupo humano distinto.) A maioria dos humanos hoje tem menos de 4 % de DNA neandertal.
Temos sido a única espécie humana que preenche o planeta há dezenas
de milhares de anos, por isso pode ser difícil imaginar uma época em que
vários tipos diferentes de seres humanos compartilhassem habitats. É
fácil pensar no passado profundo como uma série de fotos: breves
instantâneos de vidas muito tempo, como as cenas congeladas dos dioramas
do museu. Mas o mundo antigo era um lugar dinâmico. Grupos humanos
viviam, se moviam e se misturavam, e alguns vestígios desse mundo nos
deixam para sair do nosso genoma.
Várias empresas agora oferecem sequenciar bits do DNA de uma pessoa
para ajudar a esclarecer seus ancestrais, traços físicos ou
suscetibilidade à doença. Essas informações são interessantes, mas
também pode ser interpretada mal a implicar que as categorias raciais
estabelecidas nos primeiros dias de antropologia e taxonomia estão
enraizadas em nossa biologia (elas não são), ou que características como
força, velocidade ou inteligência são geneticamente predeterminadas
(não são). Nós, seres humanos, parecem estar conectados a preferir
categorizações simples para entender nossas próprias identidades, mas
isso está em desacordo com a realidade da variação genética, efeitos
ambientais e os efeitos da evolução - todos complexos e emaranhados.
Muitos testes de DNA doméstico começaram a incluir em seus relatórios
de ascendência a porcentagem de DNA que uma pessoa provavelmente herdou
dos homininos antigos. Essa informação pode ser interessante, mas
realmente não tem influência na saúde de um indivíduo e certamente não
indica o quão "avançado" é uma pessoa.
À medida que aprendemos mais sobre o nosso passado humano complicado,
é incrivelmente importante estar ciente das limitações, bem como do
potencial, das informações contidas em nossos genes.
segunda-feira, 23 de dezembro de 2024
Translator
10 descobertas fascinantes sobre os Neandertais em 2024, de 'Thorin', o último Neandertal, a uma antiga fábrica de cola
23/12/2024
This year, we learned that our Neanderthal cousins were a lot like us, despite treading their own path that ended in extinction.
(Crédito da imagem: Fabio Fogliazza)
As pessoas são fascinadas pelos Neandertais
desde que descobrimos os seus ossos numa caverna alemã em meados do
século XIX. Seus corpos atarracados e cabeças enormes nos dão um
vislumbre do caminho evolutivo que poderíamos ter percorrido. Embora a
investigação do ADN tenha mostrado que todas as populações humanas
modernas têm um pouco de Neandertal, ainda vemos os nossos primos Neandertais como a linhagem das ovelhas negras do género Homo .
Aqui estão 10 coisas que aprendemos sobre nossos parentes mais próximos – e, por extensão, sobre nós mesmos – este ano.
Os
neandertais viviam na Europa, por isso tinham de proteger os seus
corpos contra queimaduras de frio e outros problemas relacionados com o
frio. Embora nenhuma roupa congelada de homem das cavernas tenha sido
descoberta, os arqueólogos acreditam que os neandertais usavam roupas para ajudar a manter a temperatura corporal central.
Evidências
circunstanciais de roupas de Neandertal incluem uma ferramenta de pedra
com resíduos de raspagem de pele, furadores de osso pontiagudos usados
para fazer buracos em peles e um pedaço de corda torcida,
possivelmente de sapatos ou tecido.
O tipo de roupa que os
Neandertais usavam ainda está sendo debatido, mas provavelmente era mais
elaborado do que uma tanga. Se os neandertais usavam parkas, calças e
botas, provavelmente foram os primeiros fashionistas, disseram os
pesquisadores à WordsSideKick.com.
2. Os Neandertais cuidavam de seus companheiros deficientes.
Uma reconstrução de uma família de Neandertal em uma caverna (crédito da imagem: Bjanka Kadic via Alamy Stock Photo)
Um fragmento do osso do ouvido de uma criança neandertal sugere que ela tinha síndrome de Down e que era cuidada por sua comunidade. Num estudo publicado em junho na revista Science Advances
, os investigadores identificaram uma criança neandertal de 6 anos,
apelidada de “Tina”, numa caverna em Espanha. O osso do ouvido de Tina,
que data de 273 mil a 146 mil anos atrás, tem um formato associado à
síndrome de Down, além de outras anormalidades.
Embora nenhum
trabalho genético tenha demonstrado conclusivamente que Tina tinha
síndrome de Down, ela teria precisado de cuidados da comunidade para
sobreviver, segundo os pesquisadores, já que o osso do ouvido também
sugeria que ela sofria de grande perda auditiva e vertigens. A
descoberta sugere que outros neandertais estavam ajudando ela e sua mãe
por um sentimento de altruísmo.
3. Os neandertais criaram uma das primeiras "fábricas de cola".
Um homem de Neandertal faz a curadoria de uma fogueira no escuro (Crédito da imagem: MARCO BERTORELLO via Getty Images)
As far back as 65,000 years ago, Neanderthals on the Iberian Peninsula were skilled engineers who made sticky tar in a precisely controlled environment. In the December issue of the journal Quaternary Science Reviews,
researchers detailed their discovery of a hearth in a cave floor in
Gibraltar. The hearth was full of charcoal and plant resin and was
likely heated to 300 degrees Fahrenheit (150 degrees Celsius) to produce
the gooey glue, which would have been used to fashion weapons such as
spears.
As descobertas mostram que os Neandertais eram muito inteligentes e capazes de colaborar para produzir ferramentas complexas.
4. Os humanos modernos e os Neandertais enterraram seus mortos de maneira diferente.
Enterro de um Neandertal em La Chapelle-aux-Saints, França (Crédito da imagem: DEA / A. Dagli Orti/De Agostini via Getty Images)
Ao
observar os sepultamentos na Ásia Ocidental ao longo de um período de
85 mil anos – quando os humanos modernos e os neandertais se
sobrepuseram – os pesquisadores notaram semelhanças e diferenças. Todos
enterravam seus mortos independentemente de sexo ou idade, e tanto os
humanos modernos quanto os neandertais colocavam itens em seus túmulos.
Mas enquanto os Neandertais enterravam os seus mortos numa variedade de
posições em cavernas, os primeiros H. sapiens enterravam os seus em posição fetal fora das cavernas.
Os neandertais e o H. sapiens
começaram a enterrar os seus mortos durante o mesmo período – cerca de
90.000 a 120.000 anos atrás – talvez para marcar o seu território ou
reivindicar certos recursos numa paisagem repleta de hominídeos.
Reconstrução do rosto do Neandertal 'Shanidar Z' à direita junto com seu crânio à esquerda. (Crédito da imagem: JUSTIN TALLIS / Colaborador via Getty Images)
Numerosos
sepultamentos encontrados na caverna Shanidar, no Iraque, fornecem
algumas das primeiras evidências de sepultamento proposital dos mortos. O
crânio de uma mulher conhecida como Shanidar Z foi reunido a partir de
centenas de fragmentos, e seu rosto foi reconstruído para fornecer a imagem de um de nossos parentes extintos.
Os
crânios dos neandertais parecem diferentes dos dos humanos modernos;
eles têm sobrancelhas enormes, nariz proeminente e sem queixo. Mas
quando os músculos e a pele são recolocados nos ossos, mesmo que
virtualmente, as semelhanças entre os neandertais e os humanos são
aparentes, e a sua longa história de cruzamentos não é surpreendente.
6. Os últimos Neandertais foram isolados.
A mandíbula de 'Thorin' - um dos últimos Neandertais - emergindo da terra (Crédito da imagem: Ludovik Slimak)
O sequenciamento do DNA de um Neandertal apelidado de “Thorin”
revelou que alguns grupos podem ter ficado isolados por milhares de
anos antes de serem extintos. Descoberto no Vale do Ródano, na França,
Thorin foi datado entre 52.000 e 42.000 anos atrás. Seu DNA sugeria que sua linhagem era bastante consanguínea, embora outros grupos de Neandertais vivessem nas proximidades.
“Como
podemos imaginar populações que viveram isoladas durante 50 milénios
enquanto estavam a apenas duas semanas de caminhada uma da outra?” disse
Ludovic Slimak
, pesquisador do Centro de Antropobiologia e Genômica de Toulouse, na
França, e principal autor da pesquisa. “Tudo deve ser reescrito sobre a
maior extinção da humanidade.”
7. O DNA masculino do Neandertal parece ter desaparecido sem deixar vestígios.
Reconstruções de um humano e um Neandertal em uma vitrine de museu (Crédito da imagem: mauritius images GmbH / Alamy Stock Photo)
Embora muitos genes sejam partilhados entre os humanos modernos e os Neandertais, o genoma do H. sapiens não possui qualquer ADN do cromossoma Y do Neandertal , o que levanta a questão de como e porquê este material genético desapareceu.
Uma possibilidade intrigante é que o acasalamento simplesmente não funcionou entre homens neandertais e mulheres H. sapiens
. Embora os dois grupos tenham cruzado várias vezes ao longo de
milhares de anos, se uma mãe humana estivesse grávida de um bebé
neandertal masculino, o seu sistema imunitário poderia ter atacado o
feto masculino com genes desconhecidos do cromossoma Y durante a
gravidez, resultando num aborto espontâneo. Eventualmente, se nascessem
menos bebés híbridos neandertais do sexo masculino, os genes do
cromossoma Y desapareceriam.
Mas ainda não é certo por que o
cromossoma Y do Neandertal já não está no nosso conjunto genético
evolutivo. Por ser transmitido apenas de pai para filho, pode
simplesmente ter sido perdido ao longo das gerações.
8. Os Neandertais provavelmente foram absorvidos por grupos de humanos modernos.
A reconstrução de uma mulher que viveu há 45.000 anos, na época em que os Neandertais também existiam (Crédito da imagem: Tom Björklund)
Dois
estudos importantes publicados recentemente mostraram que, embora os
Neandertais tenham desaparecido como grupo, muitos dos seus genes não o
fizeram.
Ao observar mais de 300 genomas humanos dos últimos 45
mil anos, os investigadores estimaram que a maior parte do ADN de
Neandertal que persiste em nós provém de quase 7 mil anos de cruzamentos que começaram há cerca de 47 mil anos .
Por outro lado, uma investigação publicada em julho na revista Science
estimou que o genoma do Neandertal pode ter sido entre 2,5% e 3,7%
humano, indicando que tanto as populações humanas como as de Neandertal
tinham uma longa história de troca de parceiros. A análise genética
também revelou que o tamanho da população de Neandertal era bastante
pequeno. A descoberta sugere que, em vez de sofrerem uma extinção
dramática, os Neandertais foram simplesmente absorvidos por grupos humanos maiores.
10. Os humanos provavelmente não mataram os neandertais – pelo menos não diretamente.
Uma estátua de um homem de Neandertal vestindo pele e carregando uma vara (Crédito da imagem: Arterra Picture Library / Alamy Stock Photo)
Também aprendemos que os humanos modernos não mataram propositalmente os últimos Neandertais do mundo
. Além de absorver alguns dos Neandertais através do cruzamento e da
troca de genes, os humanos parecem ter simplesmente superado os
Neandertais, recorrendo às nossas vastas redes sociais quando os tempos
eram difíceis e deixando os nossos primos introvertidos em dificuldades.
Então, quem foi o último Neandertal?
Embora os investigadores ainda não tenham certeza, as evidências atuais
apontam para o sul da Península Ibérica como um local potencial para a
última resistência dos Neandertais, há cerca de 37 mil anos. Depois
dessa época, os Neandertais, como grupo distinto, deixaram de existir,
embora vivam, em parte, através dos genes que partilhavam connosco.
segunda-feira, 7 de outubro de 2024
Translator
Matamos os Neandertais? Novas pesquisas podem finalmente responder a uma questão antiga.
Está a surgir um quadro complexo de como os
Neandertais desapareceram e do papel que os humanos modernos
desempenharam no seu desaparecimento.
Uma reconstrução de um Neandertal tardio de
El Salt, sudeste da Espanha. Alguns dos últimos Neandertais podem ter
vivido na Península Ibérica. Os nossos parentes humanos mais próximos
podem ter morrido graças a uma combinação de factores, incluindo o
isolamento, a endogamia e a competição dos humanos modernos, sugerem
pesquisas emergentes. (Crédito da imagem: Fabio Fogliazza)
Há cerca de 37 mil anos, os Neandertais agruparam-se em pequenos grupos no que hoje é o sul de Espanha. As suas vidas podem ter sido transformadas pela erupção dos Campos Flégreos
em Itália, alguns milhares de anos antes, quando a enorme explosão da
caldeira perturbou as cadeias alimentares em toda a região do
Mediterrâneo.
Eles podem ter vivido sua vida cotidiana: fabricando ferramentas de
pedra, comendo pássaros e cogumelos, gravando símbolos em rochas e
criando joias com penas e conchas.
Eles provavelmente nunca perceberam que estavam entre os últimos de sua
espécie.
Mas a história da sua extinção começou, na verdade, dezenas de milhares
de anos antes, quando os Neandertais ficaram isolados e dispersos,
acabando por pôr fim a quase meio milhão de anos de existência bem
sucedida em algumas das regiões mais ameaçadoras da Eurásia.
Há 34 mil anos, os nossos parentes mais próximos estavam efetivamente
extintos. Mas como os humanos modernos e os neandertais se sobrepuseram
no tempo e no espaço durante milhares de anos, os arqueólogos há muito
que se perguntam se a nossa espécie exterminou os nossos parentes mais
próximos. Isto pode ter ocorrido directamente, como através da violência
e da guerra, ou indirectamente, através de doenças ou da competição por
recursos.
Agora, os investigadores estão a resolver o mistério de como os
Neandertais desapareceram – e qual o papel que a nossa espécie
desempenhou na sua extinção.
“Acho que o fato é que sabemos o que aconteceu com os neandertais, e é
complexo”, disse Shara Bailey, antropóloga biológica da Universidade de
Nova York.
Décadas
de investigação revelaram um quadro complexo: uma tempestade perfeita
de factores – incluindo a competição entre grupos de Neandertais, a
endogamia e, sim, os humanos modernos – ajudou a apagar os nossos
parentes mais próximos do planeta.
A
reconstruction of a Neanderthal burial unearthed in the early 20th
century in Chapelle-aux-Saints, France. The skeleton found there, which
had a deformed spine, inspired an early depiction of Neanderthals as
"knuckle-dragging brutes." (Image credit: DEA / A. DAGLI ORTI/De Agostini via Getty Images)
The rise and demise of our closest human relatives
A história moderna dos Neandertais começou em 1856, quando trabalhadores
de uma pedreira encontraram um crânio de aparência estranha e não
exatamente humano no Vale Neander, na Alemanha.
Os arqueólogos deram ao crânio um novo nome de espécie: Homo
neanderthalensis. E nas primeiras décadas após a descoberta, os
pesquisadores presumiram que as criaturas eram brutos que arrastavam os
dedos. Esta representação foi baseada na reconstrução defeituosa do
esqueleto de um velho homem de Neandertal, cuja coluna estava deformada
por artrite, encontrado em La Chapelle-aux-Saints, na França.
Agora, mais de 150 anos de evidências arqueológicas e genéticas deixam
claro que estes primeiros parentes humanos eram muito mais avançados do
que pensávamos inicialmente. Os neandertais criaram ferramentas
sofisticadas, podem ter feito arte, decorado os seus corpos, enterrado
os seus mortos e tinham capacidades de comunicação avançadas, embora um
tipo de linguagem mais primitivo do que o utilizado pelos humanos
modernos. Além do mais, sobreviveram durante centenas de milhares de
anos nos climas hostis do Norte da Europa e da Sibéria.
Until they find a frozen Neanderthal and a modern human in a locked embrace, it's always going to be open to interpretation.
Shara Bailey, New York University
Com
base em evidências arqueológicas de sítios desde a Rússia até à
Península Ibérica, os neandertais e os humanos modernos provavelmente
coexistiram durante pelo menos 2.600 anos – e talvez até 7.000 anos
– na Europa. Essa sobreposição ocorreu durante um período sombrio na
história dos Neandertais que terminou com a sua queda – levantando a
questão de saber se os humanos modernos foram responsáveis por
matá-los.
Mas a história da vida dos Neandertais – e da extinção – é de variação regional, disse Tom Higham , cientista arqueológico da Universidade de Viena.
“Em
algumas áreas, por exemplo, vemos que os humanos chegam a espaços
vazios na Europa onde aparentemente não existem mais neandertais”, disse
Higham ao WordsSideKick.com. “E em outros lugares, vemos que
provavelmente há uma sobreposição… sabemos que as pessoas estão se
cruzando”.
A primeira prova
empírica desse cruzamento foi encontrada em 2010, quando um genoma de
Neandertal foi sequenciado. Desde então, a análise genética mostrou que
os Neandertais e os humanos modernos partilhavam muito mais do que uma
área geográfica – trocamos regularmente ADN , o que significa que há um pouco de Neandertal em cada população humana moderna estudada até à data.
Quando
os humanos modernos e os neandertais se conheceram há dezenas de
milhares de anos, estes últimos provavelmente já estavam em apuros.
Estudos genéticos sugerem que os Neandertais tinham menor diversidade
genética e grupos menores do que os humanos modernos, sugerindo uma
razão potencial para o desaparecimento dos Neandertais.
"Geneticamente, uma grande pista que obtemos é a ideia de heterozigosidade", disse Omer Gokcumen
, genomicista evolucionista da Universidade de Buffalo, ao
WordsSideKick.com. Um indivíduo recebe duas cópias, ou alelos, de um
gene de cada pai. Os indivíduos são "heterozigotos" para um determinado
gene se herdarem um alelo diferente de cada pai. Nas pequenas
comunidades de Neandertais, que continham menos de 20 adultos
em cada grupo, ocorreu mais endogamia. Isso significa que menos deles
herdaram versões diferentes de um gene de cada progenitor e, portanto,
tinham baixa heterozigosidade.
“Os neandertais podem ter sofrido por isso – o que chamam de carga mutacional”, disse Gokcumen. genética A pesquisa
sugere que os Neandertais tinham muitas mutações problemáticas que
provavelmente afetaram sua sobrevivência. "Devido ao pequeno tamanho da
população, eles não conseguiram eliminar esses alelos ruins, e seus
filhos podem ficar doentes no final", disse Gokcumen.
Any
population of animals survives into the future through successful
reproduction and rearing of offspring. Researchers estimating the mortality rates of Neanderthal infants
have found that a decrease of even 1.5% in the survivorship of these
children could result in population extinction within 2,000 years, April Nowell, a Paleolithic archaeologist at the University of Victoria in British Columbia, told Live Science.
"There doesn't have to be very much going on to really have a dramatic impact on the viability of your population," Nowell said.
So while Neanderthal populations began decreasing until they became small, isolated groups
without the social support necessary to care for their increasingly
sickly babies, modern human groups quickly expanded through Europe.
Humans and Neanderthals: A bad mix?
Os
arqueólogos já pensaram que a guerra ou o conflito entre os humanos
modernos e os neandertais ajudaram a exterminar os nossos antepassados
humanos mais próximos. E há algumas evidências de que os Neandertais
foram vítimas de violência interpessoal. Por exemplo, um crânio de
Neandertal encontrado em St. Césaire, França, apresentava uma fratura
infligida com um instrumento pontiagudo. Mas não há evidências de que os
humanos modernos tenham infligido esse ferimento, ou mesmo que
ocupassem a mesma caverna. (Crédito da imagem: Raphael GAILLARDE/Gamma-Rapho via Getty Images)
Durante dois períodos na Eurásia, há 135 mil e 100 mil anos, as populações de Neandertais quase desapareceram . Mas eles se recuperaram, superando essas ondas de frio e as mudanças resultantes em suas paisagens.
“Os neandertais sobreviveram a todas essas dificuldades”, disse Bailey. "Só quando sofreram a pressão adicional do Homo sapiens é que eles finalmente foram extintos."
Dada
a sobreposição no tempo e no espaço, os investigadores costumavam
pensar que os humanos modernos desempenharam um papel direto na morte
dos Neandertais através da guerra ou de novas doenças.
There is
some evidence of violence on Neanderthal skeletons. A young adult male
from St. Césaire, France, dating to 36,000 years ago suffered a fracture to the top of his head made with a sharp implement, and an older male found in Shanidar Cave, Iraq, dating to around 50,000 years ago had a partially healed stab wound
on his left rib. But there's no way to say whether modern humans or
other Neanderthals inflicted this violence. Unless archaeologists find a
site where Neanderthals are clearly the victims of a massacre inflicted
by modern humans, it will be impossible to conclude that modern-human
violence was a major cause of Neanderthals' extinction.
Nor is
there genetic evidence that modern humans' diseases killed off the
Neanderthals, though we do share many immune-related genes. For
instance, we inherited Neanderthal genes that make us susceptible to
autoimmune disorders such as lupus and Crohn's disease as well as to severe COVID-19. Future genetic analyses may reveal the potential role of disease in Neanderthals' demise, Gokcumen said.
Winners and losers in the fight for resources
Neurônios
(mostrados em amarelo) em organoides cerebrais inspirados no
Neandertal, ou 3D, tecido cerebral autossustentável em um prato,
disparam de forma mais caótica e desenvolvem menos interconexões do que
os "mini-cérebros" humanos modernos. Isso pode ter tornado os
neandertais pensadores menos ágeis. Isto, por sua vez, pode ter
significado que eles eram caçadores e coletores menos qualificados do
que os humanos modernos. (Crédito da imagem: Alysson Muotri Lab/UCSD)
Mas
a guerra e a peste não são as únicas formas possíveis pelas quais os
humanos modernos podem ter levado ao desaparecimento dos Neandertais.
Quando dois grupos se unem, a competição pode levar a resultados
trágicos.
Artefatos neandertais, como pingentes e gravuras,
mostram que os neandertais eram inteligentes. Mas uma nova investigação
sugere que existem diferenças significativas entre os cérebros do H. sapiens e do Neandertal: os humanos modernos têm mais neurónios em regiões cerebrais essenciais para o pensamento de nível superior, e os seus neurónios estão mais ligados
– o que significa que os humanos modernos eram provavelmente mais
capazes de pensar rapidamente. Combinado com a maior dificuldade dos
neandertais em processar a linguagem, isto pode significar que os humanos modernos tinham uma vantagem em tarefas-chave, disse Nowell, como caçar e procurar comida.
E
embora os grupos extremamente isolados dos Neandertais possam ter tido
uma desvantagem biológica, provavelmente também tinham uma desvantagem
cultural.
“As ideias podem se espalhar mais facilmente quando há
populações maiores e outras pessoas podem desenvolvê-las”, disse Bailey.
Mas dadas as populações díspares dos Neandertais, “os seus tipos de
inovações artísticas ou culturais podem não ter progredido da forma que
vemos em populações muito maiores que têm muitas interações com as
pessoas”, disse ela.
Mas as implicações completas destas diferenças na sobrevivência dos Neandertais ainda não são conhecidas.
“Poderíamos
também pensar na competição intergrupal ou na competição entre grupos
de Neandertais”, sugeriu Nowell, como um resultado potencial da
diminuição do seu número e da invasão dos humanos modernos.
Ao olhar para grupos de caçadores-coletores contemporâneos e históricos, Nowell e a coautora Melanie Chang , paleoantropóloga da Universidade Estadual de Portland, notaram
que esses grupos muitas vezes regulam rigorosamente quem foi capaz de
usar a terra e seus recursos, e que fazer parte de o “grupo” pode ser
uma questão de sobrevivência. À medida que os Neandertais começaram a
desaparecer da maior parte da Eurásia e a recuar para o sul da Península
Ibérica, a competição entre os grupos de Neandertais teria aumentado.
“Talvez seja a competição com outros neandertais que os leva a começar a diferenciar-se mais”, disse Nowell.
Isto parece particularmente persuasivo, dado que há cerca de 40.000 a 50.000 anos, houve uma explosão cultural
entre os grupos humanos modernos e de Neandertais. Estes elementos
culturais incluíram uma onda de adornos pessoais, como conchas pintadas,
provavelmente usadas como pingentes, que poderiam ter servido como
símbolos de “grupo”, disse Nowell.
Cueva
Antón, no sudeste da Espanha, pode ter sido um dos últimos redutos dos
Neandertais. Artefatos do local, como conchas que os neandertais
decoraram com um pigmento laranja de goethita e hematita, podem datar de
cerca de 36.600 anos atrás. Os cientistas pensam que algumas destas
conchas pintadas podem ter servido como identificadores de grupo nas
comunidades neandertais, e que estes marcadores “dentro do grupo”
governavam o acesso aos recursos.
(Crédito da imagem: Por João Zilhão e colegas -
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2017.e00435, CC BY-SA 4.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php? curid=89024489)
Sem destino coeso e compartilhado
Dadas
as evidências crescentes de que os Neandertais e os humanos modernos
interagiram regularmente durante milhares de anos, muitos investigadores
procuram um lugar incomum para encontrar a resposta para o que
aconteceu aos Neandertais: uma teoria apresentada pela primeira vez pelo paleoantropólogo Fred Smith e colegas há 35 anos.
“Ele sugeriu que havia fluxo genético e uma lenta assimilação dos neandertais nas populações humanas”, disse Higham.
Em
essência, os dois grupos simplesmente se habituaram a conviver uns com
os outros e, à medida que mais e mais humanos se mudaram para a Eurásia,
a sua população maior acabou por inundar os Neandertais, cuja linhagem
desapareceu. Esta ideia é apoiada por um estudo que concluiu que o H. sapiens simplesmente absorveu os Neandertais na nossa população
. Dessa forma, podemos ter feito com que os Neandertais desaparecessem
como um grupo distinto – tornando alguns dos restantes parte da nossa
família.
Mas esta teoria atualmente carece de evidências
incontestáveis de humanos e neandertais vivendo juntos por longos
períodos no mesmo local. Eles partilhavam genes, mas as evidências
arqueológicas não mostram que os Neandertais e os humanos modernos
partilhassem uma casa ou os laços sociais estreitos necessários para
dizer que assimilamos os Neandertais na nossa própria população.
“Até
que encontrem um Neandertal congelado e um ser humano moderno num
abraço fechado, tudo estará sempre aberto à interpretação”, disse
Bailey.
Mesmo que encontremos tal local, é pouco provável que
mude a imagem complexa e matizada dos Neandertais durante os seus
últimos momentos.
“Algumas populações de Neandertais morreram, algumas foram massacradas, algumas interagiram e algumas apenas trocaram ideias”, disse Sang-Hee Lee
, antropólogo biológico da Universidade da Califórnia, em Riverside, ao
WordsSideKick.com. “As questões realmente interessantes como 'Por que
os Neandertais desapareceram?' 'Por que eles foram extintos?' não
podemos mais ter uma teoria abrangente", disse ela. “Os neandertais como
um todo não tiveram um destino coeso e compartilhado.”
Kristina
Killgrove é arqueóloga com especialidade em esqueletos humanos antigos e
comunicação científica. Sua pesquisa acadêmica apareceu em diversas
revistas científicas, enquanto suas notícias e ensaios foram publicados
em veículos como Forbes, Mental Floss e Smithsonian. Kristina obteve
doutorado em antropologia pela Universidade da Carolina do Norte em
Chapel Hill e também possui bacharelado e mestrado em arqueologia
clássica.
terça-feira, 16 de julho de 2024
Ancestrais neandertais-denisovanos cruzaram com um hominídeo distantemente relacionado
Pesquisas anteriores mostraram que os eurasianos modernos cruzaram com seus predecessores neandertais e denisovanos. Mostramos aqui que centenas de milhares de anos antes, os ancestrais dos neandertais e denisovanos cruzaram com seus próprios predecessores eurasianos — membros de uma população "superarcaica" que se separou de outros humanos há cerca de 2 milhões de anos. A população superarcaica era grande, com um tamanho efetivo entre 20 e 50 mil indivíduos. Confirmamos descobertas anteriores de que (i) os denisovanos também cruzaram com superarcaicos, (ii) os neandertais e denisovanos se separaram no início do Pleistoceno médio, (iii) seus ancestrais sofreram um gargalo de tamanho populacional e (iv) a população neandertal era grande no início, mas depois diminuiu de tamanho. Fornecemos suporte qualificado para a visão de que (v) os neandertais cruzaram com os ancestrais dos humanos modernos.
INTRODUÇÃO
Durante a última década, aprendemos sobre o cruzamento entre populações de hominídeos após 50 mil anos (ka) atrás, quando os humanos modernos se expandiram para a Eurásia ( 1 – 3 ). Aqui, nos concentramos mais para trás no tempo, em eventos que ocorreram há mais de meio milhão de anos. Neste período anterior, os ancestrais dos humanos modernos se separaram daqueles dos neandertais e denisovanos. Um pouco mais tarde, os neandertais e os denisovanos se separaram uns dos outros. A paleontologia e a arqueologia deste período registram mudanças importantes, pois os hominídeos de cérebro grande aparecem na Europa e na Ásia e as ferramentas acheulianas aparecem na Europa ( 4 , 5 ). Não está claro, no entanto, como esses hominídeos de cérebro grande se relacionam com outras populações de humanos arcaicos ou modernos ( 6 – 9 ). Estudamos este período usando dados genéticos de africanos e europeus modernos e de duas populações arcaicas, os neandertais e os denisovanos.
A Figura 1 ilustra nossa notação. Letras maiúsculas referem-se a populações, e combinações como XY referem - se à população ancestral de X e Y. X representa uma população africana (os iorubás), Y é uma população europeia, N são os neandertais e D são os denisovanos. S é uma população “superarcaica” não amostrada que é distantemente relacionada a outros humanos. Letras minúsculas na parte inferior da Figura 1 rotulam “padrões de sítio de nucleotídeos”. Um sítio de nucleotídeos exibe o padrão de sítio xyn se nucleotídeos aleatórios das populações X , Y e N carregam o alelo derivado, mas aqueles amostrados de outras populações são ancestrais. As probabilidades do padrão de sítio podem ser calculadas a partir de modelos de histórico populacional, e suas frequências podem ser estimadas a partir de dados. Nosso software Legofit ( 10 ) estima parâmetros ajustando modelos a essas frequências relativas.
Fig. 1 Uma rede populacional incluindo quatro episódios de fluxo gênico, com uma genealogia genética incorporada.
Letras maiúsculas ( X , Y , N , D e S ) representam populações (África, Europa, Neandertal, Denisovano e superarchaico). Letras gregas rotulam episódios de mistura. d e xyn ilustram dois padrões de sítios de nucleotídeos, nos quais 0 e 1 representam os alelos ancestrais e derivados. Uma mutação no ramo vermelho geraria o padrão de sítio d . Uma no ramo azul geraria xyn . Para simplificar, esta figura se refere aos Neandertais com uma única letra. Em outros lugares, usamos duas letras para distinguir entre os Neandertais de Altai e Vindija.
Os padrões de sítios de nucleotídeos contêm apenas uma parte das informações disponíveis nos dados de sequência do genoma. Essa parte, no entanto, é de particular relevância para o estudo da história populacional profunda. As frequências de padrões de sítios não são afetadas pela história populacional recente porque ignoram o componente de variação dentro da população ( 10 ). Isso reduz o número de parâmetros que devemos estimar e nos permite focar no passado distante.
Os dados atuais incluem dois genomas de Neandertal de alta cobertura: um das Montanhas Altai da Sibéria e o outro da Caverna Vindija na Croácia ( 11 ). Em vez de atribuir os dois fósseis de Neandertal a populações separadas, nosso modelo assume que eles habitaram a mesma população em épocas diferentes. Isso implica que nossas estimativas do tamanho da população de Neandertal se referirão à metapopulação de Neandertal em vez de a qualquer subpopulação individual.
Os neandertais de Altai e Vindija aparecem em rótulos de padrões de sítio como “ a ” e “ v ”. Assim, av é o padrão de sítio no qual o alelo derivado aparece apenas em nucleotídeos amostrados dos dois genomas neandertais. A Figura 2 mostra as frequências de padrões de sítio estudadas aqui. Em contraste com nossa análise anterior ( 12 ), a análise atual inclui padrões de sítio singleton, x , y , v , a e d , conforme defendido por Mafessoni e Prüfer ( 13 ). Uma tabulação mais simples, que exclui o genoma Vindija, é incluída como fig. S2.
Fig. 2 Frequências de padrões de locais observados.
O eixo horizontal mostra a frequência relativa de cada padrão de sítio em amostras aleatórias consistindo de um único genoma haploide de cada um dos X , Y , V , A e D , representando África, Europa, Neandertal de Vindija, Neandertal de Altai, Denisovano e superarchaico. As linhas horizontais (que parecem pontos) são intervalos de confiança de 95% estimados por um bootstrap de blocos móveis ( 35 ). Dados: Simons Genome Diversity Project (SGDP) ( 14 ) e Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology ( 11 ).
As letras gregas na Fig. 1 rotulam episódios de mistura. Rotulamos modelos concatenando letras gregas para indicar os episódios de mistura que eles incluem. Por exemplo, o modelo “αβ” inclui apenas os episódios α e β. Nosso modelo não inclui o fluxo gênico dos Denisovanos para os modernos porque há pouca evidência desse fluxo gênico para os europeus ( 14 , 15 ). Dois anos atrás, estudamos um modelo que incluía apenas um episódio de mistura: α, que se refere ao fluxo gênico dos Neandertais para os europeus ( 12 ). O painel esquerdo da Fig. 3 mostra os resíduos desse modelo, usando os novos dados. Vários estão longe de zero, sugerindo que algo está faltando no modelo ( 16 ).
Fig. 3 Resíduos dos modelos α e αβγδ.
Legenda: asteriscos vermelhos, dados reais; círculos azuis, 50 réplicas bootstrap.
A literatura recente sugere algo do que pode estar faltando. Há evidências de mistura em Denisovanos de uma população superarcaica, que era distantemente relacionada a outros humanos ( 2 , 11 , 17 – 19 ), e também de mistura de modernos primitivos em Neandertais ( 19 ). Esses episódios de mistura aparecem como β e γ na Fig. 1. Adicionar β e/ou γ ao modelo melhorou o ajuste, mas nenhum dos modelos resultantes foi satisfatório. Por exemplo, o modelo αβγ implicava (implausivelmente) que os superarcaicos se separaram de outros hominídeos há 7 milhões de anos (Ma).
Para entender o que ainda pode estar faltando, considere o que sabemos sobre o início do Pleistoceno médio, por volta de 600 ka atrás. Nessa época, hominídeos de cérebro grande aparecem na Europa, junto com ferramentas de pedra acheulianas ( 4 , 5 ). Eles provavelmente eram imigrantes africanos, porque fósseis e ferramentas semelhantes ocorrem antes na África. De acordo com uma hipótese, esses primeiros europeus eram ancestrais neandertais ( 6 , 7 ). Um pouco antes — talvez 750 ka atrás [( 8 ), tabela S12.2] — os ancestrais “neandersovan” dos neandertais e denisovanos se separaram da linhagem que levou aos humanos modernos. Os neandersovans podem ter se separado de uma população africana e então se expandido para a Eurásia. Se assim for, então eles não estariam se expandindo para um continente vazio, pois a Eurásia era habitada desde 1,85 Ma atrás ( 20 ). Os imigrantes neandersovans podem ter conhecido a população indígena superarcaica da Eurásia. Isso sugere um quarto episódio de mistura, dos superarcaicos aos neandertais, que aparece como δ na Fig. 1 .
RESULTADOS
Consideramos oito modelos, todos os quais incluem α e incluindo todas as combinações de β, γ e/ou δ. Ao escolher entre modelos complexos, é importante evitar overfitting. Métodos convencionais como o critério de informação de Akaike ( 21 ) não estão disponíveis porque não temos acesso à função de verossimilhança completa. Em vez disso, usamos a estimativa bootstrap do erro preditivo (bepe) ( 10 , 22 , 23 ). O melhor modelo é aquele com o menor valor de bepe. Quando nenhum modelo é claramente superior, é melhor fazer a média entre vários do que escolher apenas um ( 24 ). Para esse propósito, usamos a média do modelo bootstrap (booma) ( 10 , 24 ). O peso booma do i -ésimo modelo é a fração de conjuntos de dados (incluindo os dados reais e 50 réplicas bootstrap) em que esse modelo “ganha”, ou seja, tem o menor valor de bepe. Os valores bepe e pesos booma de todos os modelos estão na Tabela 1 .
O melhor modelo é αβγδ, que inclui todos os quatro episódios de mistura. Ele tem resíduos menores ( Fig. 3 , à direita), o menor valor de bepe e o maior peso de booma. Um outro modelo, αβδ, tem um peso de booma positivo, mas todos os outros têm peso zero. Para entender o que isso significa, lembre-se de que o bootstrap replica amostragem repetida aproximada do processo que gerou os dados. Os modelos com peso zero perdem em todas as réplicas, o que implica que sua desvantagem é grande em comparação com a variação na amostragem repetida. Com base nisso, podemos rejeitar esses modelos. Nenhum dos dois modelos restantes pode ser rejeitado. Esses resultados fornecem forte suporte para dois episódios de mistura (β e δ) e suporte qualificado para um terceiro (γ). Isso não apenas dá suporte a episódios de fluxo gênico relatados anteriormente, mas também revela um episódio muito mais antigo, no qual os neandersovans cruzaram com superarcaicos. As estimativas dos parâmetros com média do modelo, que usam os pesos da Tabela 1 , são representadas graficamente na Fig. 4 e listadas na tabela S1.
Fig. 4 Estimativas de parâmetros com média do modelo com intervalos de confiança de 95% estimados por blocos móveis bootstrap ( 35 ).
Legenda: m α , fração de Y introgressada de N ; m β , fração de D introgressada de S ; m γ , fração de N introgressada de XY ; m δ , fração de ND introgressada de S ; T XYNDS , tempo de separação superarcaica; T XY , tempo de separação de X e Y ; T ND , tempo de separação de N e D ; T N 0 , fim da época inicial da história do Neandertal; T A , idade do fóssil do Neandertal de Altai; T V , idade do fóssil do Neandertal de Vindija; TD , idade do fóssil de Denisova; N S , tamanho da população superarcaica; N XYND , tamanho das populações XYND e XYNDS ; N XY , tamanho da população XY ; N ND , tamanho da população ND ; N N 0 , tamanho da população inicial do Neandertal; N N 1 , tamanho da população Neanderthal tardia. Parâmetros que existem em apenas um modelo não são calculados como média.
O episódio δ, que propõe o fluxo gênico de superarcaicos para neandersovans, é uma hipótese nova. Antes de aceitá-la, devemos perguntar se a evidência a seu favor poderia ser artefatual, refletindo um viés nas frequências de padrões de sítios causados por erro de sequenciamento ou mutações somáticas. O erro de sequenciamento adiciona um viés positivo à frequência de cada padrão de sítio singleton proporcional à taxa de erro por nucleotídeo na população correspondente (veja os Materiais Suplementares). Mutações somáticas têm um efeito semelhante. Esses vieses podem explicar a evidência para o episódio δ, se fosse verdade que valores maiores de m δ (a fração de mistura superarcaica em neandersovans) implicam frequências maiores de padrões de sítios singleton. No entanto, a Tabela 2 mostra que esse não é o caso. Não há tendência consistente para que as frequências singleton aumentem com m δ . De fato, três delas diminuem. Consequentemente, a evidência de que m δ > 0 não pode ser o resultado de um viés positivo nas frequências de padrões de sítios singleton. A evidência da mistura δ não pode ser um artefato de erro de sequenciamento ou mutações somáticas.
Padrão do site
Frequência
m δ = 0
m δ = 0,034
Diferença
x
0,15583
0,15174
-0,00409
e
0,15176
0,14778
-0,00398
você
0,04974
0,04942
-0,00032
a
0,03795
0,03798
0,00003
e
0,16051
0,16444
0,00393
Tabela 2 Efeito nas frequências de padrões de sítios únicos do fluxo gênico ( m δ ) de superarcaicos para neandertais.
A coluna 2 mostra frequências esperadas de padrões de sítio singleton em um modelo no qual m δ = 0, e todos os outros parâmetros são ajustados sob o modelo αβγδ. Na coluna 3, todos os parâmetros incluindo m δ são ajustados sob este modelo. A coluna 4 é obtida subtraindo a coluna 2 da coluna 3. As frequências esperadas de padrões de sítio foram estimadas usando legosim com 10 7 iterações.
O tempo de separação superarcaica, T XYNDS , tem uma estimativa pontual de 2,3 Ma atrás. Essa estimativa pode ser enviesada para cima porque nosso relógio molecular assume uma taxa de mutação bastante baixa de 0,38 × 10 −9 por sítio de nucleotídeo por ano. Outros autores preferem taxas ligeiramente mais altas ( 25 ). Embora essa taxa seja aparentemente insensível ao tempo de geração entre os grandes macacos, ela é sensível à idade da puberdade masculina. Se a idade média da puberdade durante os últimos 2 Ma estivesse na metade do caminho entre as dos humanos modernos e dos chimpanzés, a taxa de mutação anual seria próxima a 0,45 × 10 −9 [( 26 ), Fig. 2B ], e nossa estimativa de T XYNDS cairia para 1,9 Ma, exatamente na origem do gênero Homo . Sob esse relógio, o intervalo de confiança de 95% é de 1,8 a 2,2 Ma.
Se os superarcaicos se separaram de uma população africana, então essa separação deve ter precedido a chegada dos superarcaicos na Eurásia. No entanto, nosso intervalo de 1,8 a 2,2 Ma inclui a data de 1,85 Ma dos primeiros vestígios arqueológicos eurasianos em Dmanisi ( 20 ). Assim, os superarcaicos podem descender da dispersão humana mais antiga na Eurásia, conforme representada pelos fósseis de Dmanisi. Por outro lado, alguns autores preferem uma taxa de mutação mais alta de 0,5 × 10 −9 por ano ( 2 ). Sob esse relógio, a extremidade inferior do nosso intervalo de confiança seria 1,6 Ma atrás. Assim, nossos resultados também são consistentes com a visão de que os superarcaicos entraram na Eurásia após os primeiros vestígios em Dmanisi.
O parâmetro N S é o tamanho efetivo da população superarchaica. Este parâmetro pode ser estimado porque há duas fontes de DNA superarchaica em nossa amostra (β e δ), e isso implica que o tempo de coalescência dentro da população superarchaica afeta as frequências do padrão do local. Embora este parâmetro tenha um amplo intervalo de confiança, mesmo a extremidade inferior implica uma população razoavelmente grande de cerca de 20.000. Isso não requer um grande número de humanos superarchaicos, porque o tamanho efetivo pode ser inflado pela estrutura geográfica da população ( 27 ). Nossa grande estimativa pode significar que os neandersovans e os denisovanos receberam fluxo gênico de duas populações superarchaicas diferentes.
O parâmetro T ND é o tempo de separação dos neandertais e dos denisovanos. Nossa estimativa pontual, 737 ka atrás, é notavelmente antiga. Além disso, a população neandersovan que precedeu essa divisão era notavelmente pequena: N ND ≈ 500. Isso corrobora nossos resultados anteriores, que indicaram uma separação precoce dos neandertais e dos denisovanos e um gargalo entre seus ancestrais ( 12 ).
Como nossa análise inclui dois genomas neandertais, podemos estimar o tamanho efetivo da população neandertal em duas épocas separadas. A época inicial se estende de T N 0 = 455 ka a T ND = 737 ka, e dentro desta época, o tamanho efetivo era grande: N N 0 ≈ 16.000. Era menor durante a época posterior: N N 1 ≈ 3.400. Esses resultados apoiam descobertas anteriores de que a população neandertal era grande no início, mas depois diminuiu em tamanho ( 2 , 11 ).
DISCUSSÃO
Este projeto começou com um quebra-cabeça. Argumentamos em 2017 que os neandertais e os denisovanos se separaram cedo, que seus ancestrais neandersovans sofreram um gargalo de tamanho populacional e que a população neandertal pós-separação era grande ( 12 ). Essa análise omitiu padrões de sítios singleton. Mafessoni e Prüfer ( 13 ) apontaram que a introdução de singletons levou a resultados diferentes. Em resposta, Rogers et al. ( 16 ) concordaram, mas também observaram que a análise com singleton implicava que o fóssil denisovano tinha apenas 4.000 anos — um resultado que está claramente errado. Além disso, uma análise residual mostrou que nenhum dos modelos em discussão em 2017 se ajustava muito bem aos dados ( 16 ). Aparentemente, algo estava faltando em ambos os modelos — mas o quê? O presente artigo fornece uma resposta a essa pergunta.
Nossos resultados lançam luz sobre a porção inicial do Pleistoceno médio, cerca de 600 ka atrás, quando hominídeos de cérebro grande aparecem no registro fóssil da Europa junto com ferramentas de pedra acheulianas. Há desacordo sobre como esses primeiros europeus devem ser interpretados. Alguns os veem como os ancestrais comuns dos humanos modernos e dos neandertais ( 28 ), outros como um beco sem saída evolucionário, mais tarde substituídos por imigrantes da África ( 29 , 30 ), e outros como os primeiros representantes da linhagem neandertal ( 6 , 7 ). Nossas estimativas são mais consistentes com a última dessas visões. Elas implicam que, há 600 ka atrás, os neandertais já eram uma linhagem distinta, separada não apenas da linhagem moderna, mas também dos denisovanos.
Esses resultados resolvem uma discrepância envolvendo fósseis humanos de Sima de los Huesos (SH). Esses fósseis foram datados de pelo menos 350 ka atrás e talvez 400 a 500 ka atrás ( 31 ). Evidências genéticas mostraram que eles eram de uma população ancestral dos neandertais e, portanto, mais recentes do que a separação dos neandertais e dos denisovanos ( 9 ). No entanto, evidências genéticas também indicaram que essa divisão ocorreu há cerca de 381 ka atrás [( 2 ), tabela S12.2]. Isso foi difícil de conciliar com a idade estimada dos fósseis de SH. Para piorar a situação, métodos de datação aprimorados mostraram posteriormente que os fósseis de SH são ainda mais antigos, cerca de 600 ka, e muito mais antigos do que a data molecular da divisão neandertal-denisovan ( 32 ). Nossas estimativas resolvem esse conflito porque empurram a data da divisão para bem além da idade dos fósseis de SH.
Nossa estimativa do tempo de separação Neanderthal-Denisovano entra em conflito com a estimativa de 381 ka atrás discutida acima ( 2 , 13 ). Essa discrepância resulta, em parte, de diferentes calibrações do relógio molecular. Sob nosso relógio, a data de 381 ka se torna 502 ka ( 12 ), mas isso ainda está longe de nossa própria estimativa de 737 ka. A discrepância restante pode refletir diferenças em nossos modelos de história. Modelos mal especificados frequentemente geram estimativas de parâmetros tendenciosas.
Nossos novos resultados sobre o tamanho da população neandertal diferem daqueles que publicamos em 2017 ( 12 ). Naquela época, argumentamos que a população neandertal era substancialmente maior do que outros haviam estimado. Nossas novas estimativas estão mais alinhadas com aquelas publicadas por outros ( 2 , 11 ). A diferença não resulta de nosso novo e mais elaborado modelo porque obtemos resultados semelhantes do modelo α, que (como em nosso modelo de 2017) permite apenas um episódio de fluxo gênico (tabela S2). Em vez disso, foi incluir o genoma neandertal de Vindija que fez a diferença. Sem esse genoma, ainda obtemos uma grande estimativa ( N N 1 ≈ 11.000), mesmo usando o modelo αβγδ (tabela S3). Isso implica que os neandertais que contribuíram com DNA para os europeus modernos eram mais semelhantes ao neandertal de Vindija do que ao neandertal de Altai, como outros também mostraram ( 11 ).
Nossos resultados revisam a data em que os superarcaicos se separaram de outros humanos. Uma estimativa anterior colocou essa data entre 0,9 e 1,4 Ma [( 2 ), p. 47], o que implicava que os superarcaicos chegaram bem depois da dispersão humana inicial na Eurásia, por volta de 1,9 Ma. Isso exigiu uma série complexa de movimentos populacionais entre a África e a Eurásia [( 33 ), pp. 66 a 71]. Nossas novas estimativas não refutam essa reconstrução, mas permitem uma mais simples, que envolve apenas três expansões de humanos da África para a Eurásia: uma expansão do Homo primitivo há cerca de 1,9 Ma, uma expansão dos neandertais há cerca de 700 ka e uma expansão dos humanos modernos há cerca de 50 ka.
Nossos resultados indicam que os neandersovans cruzaram com os superarcaicos no início do Pleistoceno médio, logo após se expandirem para a Eurásia. Esta é a primeira mistura conhecida entre populações de hominídeos. Além disso, as duas populações envolvidas eram mais distantemente relacionadas do que qualquer par de populações humanas conhecidas anteriormente por cruzarem. De acordo com nossas estimativas, os neandersovans e os superarcaicos estavam separados há cerca de 1,2 Ma. Mais tarde, quando os superarcaicos trocaram genes com os denisovanos, as duas populações ficaram separadas por ainda mais tempo. Em comparação, os neandertais e os denisovanos que cruzaram com humanos modernos ficaram separados há menos de 0,7 Ma.
Parece provável que os superarchaicos descendam do assentamento humano inicial da Eurásia. Como discutido acima, o grande tamanho efetivo da população superarchaica sugere que ela compreendia pelo menos duas subpopulações profundamente divididas, das quais uma se misturou com neandersovans e outra com denisovanos. Sugerimos que por volta de 700 ka atrás, os neandersovans se expandiram da África para a Eurásia, suportaram um gargalo de tamanho populacional, cruzaram com eurasianos indígenas, os substituíram em grande parte e se separaram em subpopulações orientais e ocidentais — denisovanos e neandertais. Esses mesmos eventos se desenrolaram mais uma vez por volta de 50 ka atrás, quando os humanos modernos se expandiram da África para a Eurásia, substituindo em grande parte os neandertais e denisovanos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Design de estudo
Nossa amostra de genomas modernos inclui europeus, mas não outros eurasianos. Isso nos permitiu evitar a modelagem do fluxo gênico de denisovanos porque não há evidências desse fluxo gênico para europeus. A precisão de nossas estimativas depende em grande parte do número de nucleotídeos estudados. Por esse motivo, usamos genomas inteiros de alta cobertura. O número de genomas amostrados por população tem pouco efeito em nossas análises, devido ao nosso foco no componente entre populações da variação genética, ou seja, nas frequências de padrões de sítio. No entanto, nossa amostra de genomas modernos para o iorubá, francês e inglês inclui todos aqueles disponíveis no Simons Genome Diversity Project (SGDP) ( 14 ), conforme detalhado nos Materiais Suplementares. Também incluímos todos os genomas arcaicos de alta cobertura disponíveis ( 11 ). Esses dados fornecem estimativas extremamente precisas das frequências de padrões de sítio, conforme indicado pelos pequenos intervalos de confiança na Fig. 2 . Os grandes intervalos de confiança para alguns parâmetros na Fig. 4 refletem problemas de identificabilidade (discutidos abaixo) e não seriam aliviados por um aumento no tamanho da amostra.
Controle de qualidade
Nosso pipeline de controle de qualidade (QC) para os genomas SGDP exclui genótipos nos quais um valor FL é igual a 0 ou N. Também excluímos cromossomos sexuais, normalizamos todas as variantes em um determinado sítio de nucleotídeo usando o genoma de referência humano, excluímos sítios dentro de sete bases da inserção-deleção mais próxima e incluímos sítios somente se fossem monomórficos ou fossem polimorfismos de nucleotídeo único bialélicos. Mais detalhes são fornecidos nos Materiais Suplementares. Todos os genomas antigos também foram filtrados em relação aos arquivos .bed, que identificam bases que passam pelos filtros QC do Max Planck. Esses arquivos .bed estão disponíveis em http://ftp.eva.mpg.de/neandertal/Vindija/FilterBed .
Calibração do relógio molecular
Assumimos uma taxa de mutação de 1,1 × 10 −8 por sítio por geração ( 34 ) e um tempo de geração de 29 anos — uma taxa anual de 0,38 × 10 −9 . Para calibrar o relógio molecular, assumimos que as linhagens modernas e neandersovan se separaram T XYND = 25.920 gerações antes do presente ( 12 ). Isso se baseia em uma média de várias estimativas publicadas por Prüfer et al. [( 2 ), tabela S12.2]. A média de suas estimativas é 570,25 ka, assumindo uma taxa de mutação de 0,5 × 10 −9 /par de bases/ano. Sob nosso relógio, seu tempo de separação se torna 751,69 ka ou 25.920 gerações.
Análise estatística
Devido ao nosso foco na história profunda, baseamos análises estatísticas em frequências de padrões de sítios, usando o pacote estatístico Legofit ( 10 ). Este método ignora o componente intrapopulacional da variação genética e, portanto, não é afetado por mudanças recentes no tamanho da população. Por exemplo, os tamanhos das populações X , Y e D ( Fig. 1 ) não têm efeito, então não precisamos complicar nosso modelo com parâmetros que descrevem os históricos de tamanho dessas populações. Isso nos permite focar no passado distante.
No entanto, nossos modelos são bastante complexos. Por exemplo, o modelo αβγδ tem 17 parâmetros livres. Para escolher entre modelos dessa complexidade, precisamos de métodos de análise residual, seleção de modelos e média de modelos. Legofit fornece esses métodos, mas métodos alternativos geralmente não. Esses métodos são descritos em detalhes em outro lugar ( 10 ), então os resumimos apenas brevemente aqui.
Escolhemos entre modelos minimizando o bepe ( 22 , 23 ). Essa abordagem foi necessária porque não podíamos usar métodos, como o critério de informação de Akaike ( 21 ), que dependem da probabilidade. Bepe é análogo à validação cruzada, mas usa réplicas bootstrap em vez de partições dos dados. O modelo é ajustado a cada réplica bootstrap e então testado contra os dados reais, após aplicar uma correção para o viés bootstrap. Bepe estima a diferença quadrática média entre as frequências de padrões de local observadas e previstas, quando o modelo é ajustado a um conjunto de dados e testado contra outro.
Também usamos o booma ( 24 ), que atribui pesos a modelos individuais, com base em seus valores de bepe. Os parâmetros são estimados como a média ponderada das estimativas de modelos individuais. O peso booma do i -ésimo modelo é a fração de réplicas (incluindo os dados reais e 50 réplicas bootstrap) em que esse modelo vence, ou seja, tem o menor valor de bepe. Como as réplicas bootstrap aproximam a amostragem repetida do processo que gerou os dados, um modelo receberá peso zero se sua desvantagem (medida pelo bepe) for grande em comparação com a variação na amostragem repetida.
A Figura S3 ilustra um problema de identificabilidade estatística. Vários parâmetros são fortemente correlacionados com outros, indicando que nosso problema tem menos dimensões do que parâmetros. Isso não leva a estimativas incorretas, mas amplia os intervalos de confiança dos parâmetros envolvidos. O Legofit aborda esse problema usando análise de componentes principais para remover dimensões que respondem por menos de uma fração 0,001 da variância total. Isso estreita os intervalos de confiança e aumenta a precisão das estimativas de parâmetros.
As incertezas são estimadas por bootstrap de blocos móveis ( 35 ), usando um tamanho de bloco de 500 polimorfismos de nucleotídeo único. Nosso pipeline estatístico é detalhado nos Materiais Suplementares.
Agradecimentos
Agradecemos a R. Bohlender, E. Cashdan, F. Mafessoni, N. Rogers, J. Seger e T. Webster pelos comentários. Este projeto foi declarado isento (IRB_00093972) de revisão pelo Institutional Review Board da University of Utah em 13 de julho de 2016. Financiamento: Este trabalho foi apoiado por NSF BCS 1638840 (ARR), NSF GRF 1747505 (AAA) e pelo Center for High Performance Computing da University of Utah (ARR). Contribuições dos autores: ARR projetou o estudo, fez as análises estatísticas e escreveu o artigo. NSH e AAA desenvolveram e usaram o pipeline de QC. Interesses conflitantes: Os autores declaram que não têm interesses conflitantes. Disponibilidade de dados e materiais: Todos os dados necessários para avaliar as conclusões do artigo estão presentes no artigo, nos Materiais Suplementares ou em osf.io/vrwna. O software Legofit está disponível em https://github.com/alanrogers/legofit . Dados adicionais relacionados a este artigo podem ser solicitados aos autores.
