Så upptäckte vi att nutida människor har neandertalgener

TEXT: SVANTE PÄÄBO

FÖR ATT STUDERA neandertalarnas genom (arvsmassa) byggde jag och min forskargrupp i Leipzig upp ett internationellt konsortium av forskargrupper i början av 2000-talet. En av de första frågorna vi ville besvara var: Har neandertalarna bidragit med DNA till de människor som i dag lever i Europa? Neandertalarna fanns ju trots allt kvar när de anatomiskt moderna människorna dök upp här för ungefär 40 000 år sedan. Vissa paleontologer tyckte sig se neandertalardrag i skeletten från tidiga moderna människor i Europa, men de flesta paleontologer höll inte alls med. 

Inte heller hade vår analys år 1997 av en neandertalares mitokondrie-DNA (en mindre, separat del av arvsmassan) gett oss anledning att tro att någon del av genomet hos vår tids människor skulle komma från neandertalarna. Men bara neandertalarnas genom i cellkärnan kunde ge ett definitivt svar på den frågan. Kärngenomet består av över 3 000 000 000 nukleotider (»genetiska bokstäver«), medan det mitokondriella genomet bara har 16 500 nukleotider. 

Om ett barn föddes till följd av ett möte mellan en neandertalare och en modern människa skulle 50 procent av dess DNA komma från vardera gruppen. Om barnet sedan växte upp bland moderna människor

och fick egna barn med dem, skulle de barnen i genomsnitt ha 25 procent neandertalar-DNA, barnbarnen 12,5 procent, barnbarnsbarnen 6,25 procent och så vidare. Andelen minskar alltså snabbt, men 6 procent av ett genom motsvarar ändå över 100 miljoner nukleotider. 

Och så småningom skulle neandertalar-DNA:t ha spridit sig i hela populationen, så att alla har någon liten andel av det. Då, när 

båda föräldrarna till ett barn har ungefär lika mycket neandertalar-DNA, späds det inte ut mer, utan kan bli kvar i populationen i princip hur länge som helst. Jag var säker på att vi skulle kunna upptäcka neandertalar-DNA hos nu levande människor om man hade blandat sig, även ifall andelen var liten. Men jag var inte benägen att tro att någon blandning alls fanns att upptäcka. Även om sex förekom mellan arterna var de resulterande barnen kanske inte fertila.

Om neandertalarna som levde i Europa hade blandat sig med moderna människor när dessa kom till Europa, skulle européer i dag bära på DNA-sekvenser som hade funnits hos neandertalare fram till för ungefär 30 000 år sedan. En neandertalares genom skulle då i genomsnitt uppvisa färre skillnader gentemot dagens européer än gentemot människor från Afrika, där det aldrig funnits neandertalare. Om däremot inget DNA hade förts över från neandertalarna till dagens människor i någon del av världen, skulle antalet nukleotidskillnader mellan neandertalarna och alla nu levande mänskliga populationer vara ungefär lika många.

I våra analyser fann vi att de sista människorna som förde sina DNA-sekvenser vidare både till dagens människor och till neandertalarna levde för runt 830 000 år sedan. När samma beräkning gjordes för nu levande människor kom vi fram till att deras gemensamma genetiska föregångare levde för ungefär 500 000 år sedan. Neandertalarna var alltså som väntat mindre nära släkt med vår tids människor än vad nu levande människor är med varandra.

Men den stora frågan var alltså om neandertalare och moderna människor hade korsat sig med varandra. 

GENFLÖDE

830 000 år är den tid som har förflutit sedan det fanns gemensamma föregångare till de DNA-sekvenser som finns i nutida människor och som fanns i neandertalarna. Vid den tiden befann sig dessa DNA-sekvenser dock i en population som först så småningom skulle ge upphov till neandertalarnas föregångare å ena sidan och nutida människors föregångare å den andra. Det var alltså inte då som den population som skulle bli till dagens människor gick skilda vägar från den population som skulle bli till neandertalare. Det hände senare. 

Vi tror att ursprungspopulationen levde i Afrika och att några av dess ättlingar så småningom lämnade Afrika och gav upphov till neandertalarna, medan dagens människor är ättlingar till dem som stannade kvar i Afrika. Att säga när de båda grupperna delade på sig är mycket svårare än att beräkna när gemensamma föregångare till DNA-sekvenserna fanns. Vi kom dock fram till att neandertalarnas och de moderna människornas föregångare hade delat på sig någon gång för mellan 270 000 och 440 000 år sedan.

I juli 2009 fick jag ett långt mejl av konsortiemedlemmen Nick Patterson, en matematiker och kryptolog från Boston som arbetade med att jämföra neandertalargenomet med genom från fem nutida individer. Han berättade att neandertalarna matchade en individ från södra Afrika i 49,9 procent av fallen och en individ från Västafrika i 50,1 procent. Detta var väntat, eftersom neandertalarna aldrig hade varit i Afrika och alltså inte borde vara närmare släkt med vissa afrikaner än med andra. När han däremot jämförde med en fransk individ matchade neandertalarna denna person i 52,4 procent av fallen. Detta tydde helt klart på att ett litet men klart skönjbart genetiskt bidrag från neandertalarna till människor utanför Afrika.

Jag försökte hitta någon antydan till fel i analysen, men fann ingenting. Från datorskärmen stirrade resultaten på mig. Dagens människor bär verkligen på DNA från neandertalarna! Vi hade ett entydigt svar på en 

fråga om människans ursprung som hade diskuterats i decennier. Och svaret vi kommit fram till var oväntat. Neandertalarna var inte helt utdöda. Deras DNA lever vidare i dagens människor.

Men våra resultat var oväntade också på ett annat sätt. Det var inte bara i Europa, där neandertalarna hade levt, som vi såg deras genetiska bidrag. Vi fann det också i Kina och Papua Nya Guinea. Hur kunde det komma sig? 

MÖTTES I MELLANÖSTERN?

Jag föreställde mig de moderna människorna som pilar på en karta som rörde sig ut från Afrika och träffade på neandertalarna i Europa. Men hur kom deras DNA från Europa till östra Asien? Kanske mer sentida moderna människor som vandrade till Kina förde med sig neandertalar-DNA dit, men i så fall borde vi väl hitta mindre neandertalar-DNA där än i Europa? Plötsligt förstod jag: mina tänkta pilar som visade hur dagens människor vandrade ut ur Afrika passerade ju Mellanöstern! Det var nog där som de moderna människorna träffade på neandertalare för första gången. Om dessa människor blandade sig med neandertalarna, och om de sedan blev föregångare till alla människor som nu lever utanför Afrika, borde alla dessa i dag bära på ungefär lika mycket neandertalar-DNA. Ett sådant scenario borde vara möjligt! 

Jag insåg att det skulle bli svårt att övertyga de många högt respekterade paleontologer som inte såg några tecken på blandning med neandertalarna i de mänskliga fossil som de studerade. Vetenskapen är långt ifrån det objektiva sökande efter sanningen som många föreställer sig. Det är en social verksamhet där dominerande personligheter, och efter dessas död ofta deras lärjungar, bestämmer vad som är »allmänt bekant«. Jag föreställde mig att ett sätt att mer effektivt underminera den allmänna meningen i det här fallet vore att göra ytterligare analyser av neandertalargenomet.

Ett utmärkt förslag kom från en forskare utanför konsortiet, den danske populationsgenetikern Rasmus Nielsen. Han berättade att han och en medarbetare hade letat i nutida genom efter delar med större variation utanför Afrika än i Afrika. Ett sådant mönster borde vara ovanligt om nutida människor utanför Afrika hade all sin genetiska variation från Afrika, eftersom de då för det mesta borde innehålla bara en del av den variation som finns i Afrika, nämligen den del som deras föregångare hade råkat få med sig när de lämnade Afrika. När man trots detta hittade delar i genomet med mer variation utanför än i Afrika kunde det bero på många saker, och en av dessa var särskilt intressant för oss.

Eftersom neandertalarna hade levt skilda från föregångarna till dagens människor i några hundratusen år, måste de ha samlat på sig mutationer som skilde sig från dem hos de moderna människorna. Om några delar ur deras genom sedan överfördes till de moderna människorna när dessa dök upp utanför Afrika, skulle dessa alltså i dag kunna innehålla mer variation utanför än i Afrika. Det 

vore således intressant att undersöka om åtminstone några av de områden i genomet som Rasmus identifierade hade varianter utanför Afrika som liknade vår neandertalarsekvens.

Utan att ha tillgång till vårt neandertalargenom identifierade Rasmus Nielsen sjutton regioner i arvsmassan där europeiska genom avvek särskilt starkt från de afrikanska. Sedan fick han DNA-sekvenserna från neandertalarna för femton av de sjutton områdena i arvsmassan. Rasmus Nielsens resultat blev häpnadsväckande! I tretton av de femton områdena bar neandertalarna på de varianter som finns i Europa men inte i Afrika. Det visade klart och tydligt att en överföring av gener hade skett.

NÄR, HUR OCH VAR?

Vi kunde nu gå vidare: hur, när och var hade de moderna människorna haft intimt samröre med neandertalare? Den första frågan gällde i vilken riktning genflödet hade skett – det vill säga om moderna människor hade överfört DNA till neandertalarna, om neandertalarna hade överfört DNA till moderna människor, eller bådadera. Genflöde brukar gå från den socialt dominanta gruppen till den icke-dominanta. Vita slavägare i den amerikanska Södern och brittiska kolonisatörer i Afrika och Indien är exempel på detta.

Vi tenderar att föreställa oss att den moderna människan var dominant i förhållande till neandertalarna, eftersom de senare så småningom försvann. Men våra data tydde tvärtom på att genflödet hade gått från neandertalarna till de moderna människorna.

Det betydde inte nödvändigtvis att inget genflöde i den andra riktningen hade skett. Den schweiziske populationsgenetikern Laurent Excoffier publicerade år 2008 ett teoretiskt arbete om genflöde mellan två populationer, varav den ena därefter växer i antal medan den andra inte gör det eller rentav minskar. Han visade att det är troligare att de genvarianter som utbyts mellan populationerna bevaras i den växande populationen än i den krympande. Det innebar att genflöde i båda riktningarna kan ha skett mellan neandertalare och moderna människor, men att vi kanske inte skulle kunna upptäcka det hos neandertalarna eftersom deras populationsstorlek troligen minskade efter mötet.

När upptäckten av genöverföring nu var bekräftad började vi utforska hur stor del av DNA:t hos människor utanför Afrika som kommer från neandertalare. Detta var beroende av flera faktorer, exempelvis när den senaste gemensamma föregångaren till neandertalarnas och dagens människors hade levat, en annan vid vilken tid som genflödet hade ägt rum och en tredje hur stora neandertalarpopulationerna hade varit. Konsortiemedlemmen Monty Slatkin beräknade att människor i Europa och Asien har ärvt mellan 1 och 4 procent av sitt DNA från neandertalarna. Konsortiemedlemmarna David Reich och Nick Patterson, som även samarbetat med amerikanen Jim Mullikin, undersökte hur nära 100 procent neandertalare européer och asiater är. Svaret varierade mellan 1,3 och 2,7 procent. Vi kunde alltså sluta oss till att mindre än 5 procent av genomen hos människor utanför Afrika kommer från neandertalarna – en liten men inte obetydlig del. 

Den sista fråga vi behövde försöka besvara var hur det kom sig att neandertalarnas DNA inte bara hamnade i européer, utan också i människor i Kina och Papua Nya Guinea. Såvitt vi visste hade neandertalarna aldrig varit i Kina, och de hade säkerligen aldrig varit i Papua Nya Guinea. Kinesernas och papuanernas föregångare måste alltså ha träffat på neandertalarna någon annanstans.

NYKOMLINGARNA 

I de två grottorna Skhul och Qafzeh i Israel har man hittat skelettrester av moderna människor som är över 100 000 år gamla. Det 

var vid den här tiden de äldsta resterna av moderna människor som hittats utanför Afrika. Under mina samtal med paleontologer, framför allt Jean-Jacques Hublin som sedan 2004 ledde avdelningen för människans evolution vid Max Planckinstitutet för evolutionär antropologi i Leipzig, kom jag att förstå att Mellanöstern för 100 000 till 50 000 år sedan var en plausibel plats för intima möten mellan moderna människor och neandertalare. Ett skäl är att detta är det enda område där vi vet att neandertalare och moderna människor kan ha varit i kontakt med varandra under tiotusentals år. Ett annat skäl är att ingen av de båda grupperna verkar ha varit uppenbart dominant vid den här tiden. De använde till exempel stenredskap som var så lika varandra att man inte kan veta om en boplats från den här tidsperioden var bebodd av neandertalare eller moderna människor, såvida inte skelettdelar finns bevarade.

Allt detta förändrades för knappt 50 000 år sedan. Då etablerade sig de moderna människorna mer permanent utanför Afrika och började snabbt sprida sig ut över Eurasien. På bara några tusen år kom de ända till Australien. Nu verkar deras interaktioner med neandertalarna ha förändrats. Överallt där de moderna människorna dök upp försvann de tidigare människoslagen förr eller senare. 

För att skilja dessa expansiva moderna människor från de moderna människor som höll till i Afrika och Mellanöstern redan för mellan 100 000 och 50 000 år sedan, kallar jag dem för »nykomlingarna«. De hade utvecklat mer avancerade verktyg, som arkeologerna kallar Aurignacienkulturen. Den kännetecknas av många olika sorters flintverktyg, bland annat flera slags knivar. Man hittar ofta spjut- och pilspetsar av ben från Aurignacien, och en del arkeologer anser att spetsarna representerar de första projektilvapnen i historien. I så fall var det en uppfinning som för första gången gjorde det möjligt att döda djur och fiender på avstånd och som gav nykomlingarna en avgörande fördel över neandertalare och andra människoformer. Aurignacienkulturen är också associerad med de första grottmålningarna och de första figurinerna av ben och lera, bland annat mytiska figurer som är till hälften människa och till hälften djur. Detta tyder på att nykomlingarna hade ett rikt inre liv som de ville förmedla till varandra. De uppvisade med andra ord beteenden som sällan eller aldrig förekom bland neandertalarna eller de tidigare moderna människorna från Skhul och Qafzeh.

Vi vet inte varifrån dessa nykomlingar kom. De skulle kunna vara ättlingar till de moderna människor som redan bodde i Mellanöstern, men det är troligare att de kom från Afrika. Ett rimligt scenario är att nykomlingarna träffade på neandertalare någonstans i Mellanöstern, hade sex med dem och tog hand om de barn som föddes. DNA:t från neandertalarna bar de och deras ättlingar sedan med sig som ett arv eller ett slags inre fossil. I dag har denna återstod av neandertalarnas arvsmassa nått så långt som till Eldslandet på Sydamerikas sydspets och till Påskön mitt i Stilla havet. På sätt och vis lever alltså neandertalarna vidare i en stor del av världens befolkning.