Išrikiuokite mintyse protėvius – kartą po kartos, per civilizacijas, ledynmečius, didžiąsias migracijas iš Afrikos iki pat mūsų rūšies ištakų. O dabar paimkite šimpanzę ir išrikiuokite jos protėvius. Kaip toli praeityje, prieš kiek kartų̃ šios linijos išsiskyrė?

Tai vienas svarbiausių ir sunkiausių žmonių evoliucijos klausimų. Žinome, kad kadaise mūsų ir šimpanzių protėvis buvo tas pats, tačiau kada tiksliai taip buvo – ir kaip šis protėvis atrodė – buvo beprotiškai sunku nustatyti. Paleontologai ieškojo išlikusių fosilijų, o genetikai naršė po istorinius dokumentus, tai yra po žmonių ir šimpanzių DNR. Abi tyrimo sritys padarė atradimų, tačiau sutarimo nebuvo.

Tam atėjo galas. Nauji vertinimai, kada mūsų ir šimpanzių linijos pasuko skirtingais keliais rodo, kad kai kurios mūsų visuotinai priimtos idėjos stulbinančiai neteisingos. Jei naujieji vertinimai teisingi, teks perrašyti žmonijos priešistorę, pradedant nuo pačios pradžios.

Kada toji pradžia buvo? Logiškiausia atsakymo ieškoti fosilijose. Bet žmonių – ar tiksliau homininų, grupės, kuriai priklausome mes ir visi mūsų išnykę protėviai po atsiskyrimo – fosilijų labai mažai ir jas sunku interpretuoti.

Genetikai turi daugiau medžiagos darbui. DNR grandinėje įrašyti rūšies praeities įvykiai, tarp kurių ir informacija apie bendrus protėvius ir rūšies atsiskyrimą. Teoriškai, rūšies atsiskyrimo laiko suradimas turėtų būti paprastas. Dviems rūšims atsiskyrus nuo bendro protėvio, jų DNR tampa vis skirtingesnės, labiausiai dėl atsitiktinių mutacijų. Tad dviejų giminingų rūšių genetinių mutacijų skaičius yra proporcingas laikui, prabėgusiam nuo jų atsiskyrimo. Norėdami apskaičiuoti žmonių ir šimpanzių atsiskyrimo laiką, genetikai gali paprasčiausiai suskaičiuoti skirtumus atitinkamose žmonių ir šimpanzių DNR atkarpose ir padalinti iš mutacijų kaupimosi spartos. Tai vadinama molekulinio laikrodžio metodu.

Bet yra kabliukas. Norint gauti atsakymą, reikia žinoti mutacijų atsiradimo spartą. Tad, grįžtame ten, kur pradėjome: pirmiausia reikia žinoti prieš kiek laiko atskilome nuo šimpanzių.

Siekdami pralaužti šį užburtą ratą, mokslininkai nukreipė žvilgsnius į orangutanus. Remiantis fosilijomis, mūsų ir jų genetinės linijos išsiskyrė prieš 10 – 20 milijonų metų. Naudodamiesi šia užuomina, genetikai nustatė, kad mutacijų atsiradimo sparta yra maždaug 75 naujos genomo mutacijos kiekvienoje kartoje. Kitaip tariant, žmonių ir šimpanzių atžalos turi po 75 iš tėvų nepaveldėtas mutacijas.

Fosilijos ar DNR

Šis skaičius remiasi keliomis drąsiomis prielaidomis, iš kurių ne paskutinėje vietoje ir ta, kad orangutanai yra patikimi liudininkai – nors daugelis sutaria, kad taip nėra. Net jei yra, remiantis šia prielaida žmonių protėviai atsiskyrė nuo šimpanzių prieš 4–6 milijonus metų.

Išgirdę šį skaičių, fosilijų medžiotojai šaukia, kad tai netiesa. Ypač sunku sutikti su mažesniuoju vertinimu. Australopithecus afarensis – ankstyvajam žmonių protėviui iš rytų Afrikos – jau buvo būdingi ryškūs žmogiški bruožai mažiausiai prieš 3,85 milijonus metų. Pavyzdžiui, jo kandžiai buvo maži ir jis vaikščiojo stačias.

Abu šie bruožai būdingi homininams, tai reiškia, išsivystė mūsų linijoje po atsiskyrimo ir šimpanzių pusėje jų nėra. Tad sunku patikėti, kaip jie galėjo išsivystyti taip greitai, vos per 150 000 metų po atsiskyrimo.

„Genetikai paleontologus visiškai ignoravo,“ sako Owenas Lovejoy'us iš Kento Valstijos universiteto Ohajuje. „Mes gautume maždaug 4 milijonų metų spėjimą, tačiau beveik prieš 4 milijonus metų jau yra nesupainiojami ir gerai išsivystę homininai. Teigti 4 milijonų metų atsiskyrimo datą yra paprasčiausiai kvaila.“

Netgi 5 – 6 milijonų metų senumo atsiskyrimas priimtas skeptiškai. Labiausiai dėl trijų neseniai Afrikoje atrastų panašiai tokio amžiaus fosilijų. Visos trys ankstesnės, nei Australopithecus, bet vis vien turi aiškius žmogiškus bruožus. Nors palaikų interpretacija lieka kontroversiška, daugelis laiko juos esant jau iš vėlesnio laikotarpio, nei įvyko atsiskyrimas.

Paprastai šnekant, paleontologai buvo tikri, jog labai maža tikimybė, kad DNR rezultatai tikslūs. Jie tvirtino, kad žmonija turi būti senesnė, nei teigia genetikai.

Panašu, istorija patvirtins jų teisumą. Per pastaruosius trejus metus, žmonių populiacijos tyrėjai pirmą kartą sugebėjo stebėti mutacijų atsiradimą beveik tiesiogiai. Ir tai svarbu. Užuot rėmęsi negausių fosilijų vertinimais, dabar galime stebėti molekulinio laikrodžio tiksėjimą tiesiogiai. „Kol negalėjome palyginti vaikų ir jų tėvų genomų, negalėjome įvertinti žmonių mutacijų atsiradimo spartos,“ paaiškina Aylwynas Scally'is iš Wellcome Trust Sanger instituto Kembridže, JK.

Rugsėjį Augustine'as Kongas iš Decode Genetics Reikjavike, Islandijoje su kolegomis paskelbė vieną tokį esminį. Nuskenavus 78 vaikų ir jų tėvų genomus, kad galima būtų įvertinti naujas mutacijas kiekvieno vaiko genome, paaiškėjo, kad kiekvienas vaikas turėjo vidutiniškai po 36 naujas mutacijas (Nature, vol 488, p 471). Svarbiausia, tai yra perpus mažiau, nei anksčiau manyta, o tai reiškia, kad molekulinis laikrodis tiksi lėčiau, nei manėme – tad žmonių ir šimpanzių atsiskyrimas nustumiamas toliau į praeitį.

Kiek tiksliai toliau? Anksčiau šiais metais Kevinas Langergraberis su kolegomis iš Bostono universiteto įdėjo dar vieną dėlionės gabaliuką. Mutacijų sparta tyrimuose, tokiuose, kaip Kongo, matuojama kartomis. Kad būtų galima įvertinti, kada mūsų pirmtakai atsiskyrė nuo beždžionių, reikia žinoti kartos trukmę – kitais žodžiais tariant, vidutinį reprodukcinį amžių. Gerai žinome tai žmonių atveju, bet ne kitų primatų. Šimpanzėms šis vertinimas svyravo nuo 15 iki 25 metų.

Naudodamas 226 palikuonių, gimusių aštuoniose laukinių šimpanzių populiacijose, duomenis, Langergraberis išsiaiškino, kad vidutiniškai šimpanzės dauginasi, kai joms sukanka 24 su puse metų (PNAS, vol 109, p 15716). Remdamasi naujais skaičiais, jo komanda spėjo, kad žmonių linija pasuko atskiru keliu mažiausiai prieš 7 milijonus metų, o galbūt netgi prieš 13 milijonų.

„Visiškai aišku, kad jei tai tiesa, daugumą knygų apie apie mūsų rūšies istoriją reikės perrašyti,“ sako Klausas Zuberbühleris iš St Andrews universiteto, JK, pagelbėjęs susisteminti medžiagą. „To svarbą būtų sunku pervertinti.“

Johnas Hawksas iš Wisconsin-Madison universiteto pritaria. „Manau, tai paveiks praktiškai kiekvieną žmonių evoliucijos įvykį, nuo pradinio atsišakojimo iki paplitimo iš Afrikos.“

Turbūt ryškiausios pasekmės bus ankstyviausių žmogaus genčių paieškai. Kol kas Australopithecus yra seniausias pripažintas homininas, tačiau ankstesnis atsiskyrimo laikas šiai nominacijai pateikia daugiau rūšių.

Aukso amžius

XX amžiaus dešimto dešimtmečio pabaiga ir naujo tūkstantmečio pradžia buvo paleoantropologų aukso amžius. Per dešimtmetį rytinės ir šiaurinės Afrikos dykumose buvo rastos trijų potencialių homininų liekanos. Geriausiai išsilaikęs buvo Ardipithecus ramidus, 4,4 milijonų metų skeletas iš Afaro, Etiopijoje, pavadintas Ardi. Vėliau prie jo prisijungė 6 – 7 milijonų metų amžiaus Sahelanthropus tchadensis ir maždaug 6 milijonų amžiaus Orrorin tugenensis.

Ardipithecus yra žinomas geriausiai. Maždaug šimpanzės dydžio skelete yra panašūs į žmogaus dantys, maža kaukolė ir gyvūno, galėjusio vaikščioti stačiomis, apatinės galūnės (nors turėjo ir didelį kojos nykštį, esantį priešais kitus pirštus šakų sugriebimui). Tikėtinas giminaitis – Ardipithecus kadabba – irgi atpažintas iš dantų ir kelių kaulų fragmentų, nustūmė genties atsiradimą iki maždaug 5,8 milijonų metų nuo mūsų dienų.

Sahelanthropus, vadinamas Toumai („gyvybės viltis“ vietine dazaga kalba), žinomas iš vienintelės kaukolės, rastos Čade. Kaip ir Ardipithecus, jo dantys maži ir panašūs į žmogaus, o vidurinioji veido dalis trumpa – dar vienas žmogiškas bruožas. Didžiosios angos (foramen magnum) forma, kur stuburas jungiasi su kaukolės pagrindu, rodo, kad jis galėjo vaikščioti dviem kojomis, nors dėl to tebevyksta karšti debatai.

Tuo tarpu apie Orrorin žinome tik iš saujelės dantų ir keleto kojų ir pirštų kaulų, rodančių, kad jis taip pat gebėjo vaikščioti stačiomis, tačiau tebelaipiojo po medžius.

Visi šie kaulai vargiai užpildytų dvi batų dėžes, tačiau sukėlė didelį triukšmą. Buvo manoma, kad galiausiai iškasus ankstyviausius homininus, jie bus panašūs į šimpanzes. Tačiau Ardi, Toumai ir Orrorin turi aiškias žmogiškas charakteristikas. „Jie sugriovė turėtą įsivaizdavimą,“ sako Timas White'as iš Kalifornijos universiteto Berklyje, vadovavęs Ardi atradimui.

Kai kas nedelsdamas paskelbė juos žmogaus protėviais. Bet senasis molekulinis laikrodis sakė ką kita: jie pernelyg ankstyvi. Tad radiniai buvo atmesti, kaip giminės medžio atšakos, evoliucijos akligatvio eksperimentai, turintys mažai ką bendro, jei turintys išvis, su pagrindiniu įvykiu.

Dabar, esant naujam molekulinio laikrodžio vertinimui, radiniai vėl maloniai priimti draugijon. „Teiginys, kad jie per ankstyvi išgaravo,“ sako White'as, manantis, kad visi trys – vienos genties nariai.

Laikas atrodo tinkamas. „Jei pažiūrėtume į dabartinį mutacijų spartos matavimo konsensusą, Sahelanthropus yra ant ribos,“ sako Scally'is, neseniai publikavęs revizijų apžvalgą ir jų pasekmes evoliucijai (Nature Review Genetics, vol 13, p 745). „Nemanau, kad kas nors galėtų pasakyti, ar tai žmogus, protožmogus, ar iš periodo, kai žmonės ir šimpanzės pamažu atsiskiria. Bet iš genetinės perspektyvos, tikrai nemanau, kad juos galima išbraukti, kaip buvo padaryta anksčiau.“

Anatomija taip pat logiška, sako White'as. „Mums, studijuojantiems šias fosilijas, atrodo, kad nuo paskutiniojo bendro protėvio iki Australopithecus vystymasis vyko per kažką, panašaus į Ardi. Jis jau buvo pajudėjęs Australopithecus vystymosi kryptimi. Kitais žodžiais tariant, jis buvo jau po atsiskyrimo.“

„Ar Ardi atstovauja rūšiai, esančiai tiesioje [žmonių evoliucijos] linijoje?“ tęsia jis. „Šito nežinome, nes dar neturime pakankamai fosilijų iš kitų vietų. Bet negalime to atmesti.“

Kita galimybė, kurios taip pat negalima atmesti, yra ta, kad atsiskyrimas įvyko netgi dar anksčiau. Lėtas mutacijų kaupimasis reiškia, kad nauji mutacijų kaupimosi spartos vertinimai tebeturi daug vietos paklaidoms. Bendrai genetikams ir paleoantropologams naujasis pataisytas 7 – 8 milijonų metų skaičius atrodo priimtinas. Tačiau kai kurie eina dar toliau.

„Man atsiskyrimas prieš 13 milijonų metų būtų tiesiai į dešimtuką,“ sako Lovejoy'us. „Prieš 10 – 15 milijonų metų planetoje buvo pilna beždžionių, daugeliui iš jų pradėjo vystytis anatominis prisitaikymas, būdingas moderniam žmogui.“

Tačiau Lovejoy'us šiuo klausimu vienišas. Praėjus savaitei po Kongo ir kolegų naujojo vertinimo publikavimo, kita komanda – kurioje daug ir tų pačių tyrėjų – paskelbė kitą. Jie analizavo daugiau, nei 85 000 islandų DNR, susitelkdami į trumpas DNR atkarpas, vadinamus mikrosatelitus. Pasak bendraautoriaus Davido Reicho iš Harvardo universiteto, tai yra patikimesni mutacijų įrašai.

Jų rasta pokyčių sparta nebuvo tokia lėta, kaip Kongo atveju. Dėl to atsiskyrimo laikas, jų vertinimu yra labiau apibrėžti 7,5 milijonų metų (Nature Genetics, vol 44, p 1161).

Yra dar keletas palaidų galų. Dar viena problema su Kongo vertinimu, sako Reichas, yra ta, kad panaudojant jį orangutanų ir Afrikos žmogbeždžionių – žmonių, šimpanzių ir gorilų – atsiskyrimo laiko nustatymui, gaunamas rezultatas apie 30 milijonų metų, visiškai nesutampantis su maksimaliu fosilijų 20 milijonų metų amžiumi.

Stengdamasis suderinti šiuos du skaičius, Scally'is iškėlė mintį, kad mūsų protėviams vystantis iš mažų primatų į dideles žmogbeždžiones, sukaupiamų mutacijų skaičius su kiekviena karta mažėjo. Tai sutampa su tuo, kas stebima kituose žinduoliuose. „Stebima gana plačiai, taip pat ir tarp primatų, kad rūšys su didesniais kūnais linkusios turėti ilgesnes kartas,“ pastebi Scally'is. Ilgesnės kartos reiškia lėtesnę mutavimo spartą.

Tai būtų tikėtina, sako Reichas, jei tam, kad ši hipotezė būtų teisinga, nereikėtų, jog mūsų protėvių ir orangutanų mutacijų greitis būtų sumažėjęs tuo pačiu metu. „Manau, tai sunkiai įtikima,“ abejoja jis. Nepaisant to, Reichas sako, kad „Scally'io hipotezė tikriausiai geriausia iš esančių.“

Nesikabinėjant prie smulkmenų, dabar jau regis, užtikrintai žinome, kad mūsų rūšies linija kur kas senesnė, nei kadaise manyta. O tai turi pasekmes visai žmogaus priešistorei. Molekulinis laikrodis buvo naudotas daugelio svarbių įvykių datavimui, tarp kurių ir mūsų protėvių iškeliavimas iš Afrikos. Tai buvo nustatyta lyginant genetinius skirtumus tarp jorubų Nigerijoje, europiečių ir azijiečių genomus.

Pagal ankstesnius vertinimus, tai atsitiko prieš 50 000 metų. Tad, kai nustatyta, jog fosilijoms Izraelyje ir archeologinėse radimvietėse Indijoje maždaug 100 000 metų, teko aiškintis. Izraelyje rasti kaulai buvo atmesti, kaip ankstyvos, pasibaigusios akligatviu, atšakos, o Indijos radiniai, kaip paprasčiausia klaida. Naujas molekulinis laikrodis išsprendžia šį neatitikimą, nustumdamas pasitraukimo laiką tarp 90 000 ir 130 000 metų prieš mūsų dienas.

Tai panašiai paveikė ir mūsų bei neandertaliečių atsiskyrimą. Kaulams, rastiems Atapuerca kalnų oloje, Ispanijoje, priskirtiems tikėtinam neandertaliečių protėviui, Homo heidelbergensis, yra 400 000 – 600 000 metų. Tačiau tai sukėlė problemą, nes molekulinis laikrodis rodė, kad H. heidelbergensis pasirodė vėliau. Bet naujasis vertinimas reiškia, kad iš tiesų tai buvo prieš 500 000 metų.

Kiti kertiniai įvykiai dar laukia peržiūrėjimo. Bet pagrindinis atradimas aiškus. Žmonių linija daug senesnė ir artimiausi gyvenantys giminaičiai tolimesni, nei manyta anksčiau. Esame pratę galvoti apie save, kaip apie atskirus ir išskirtinius gyvūnų karalystės atstovus. Dabar tapome dar šiek tiek atskiresni ir šiek tiek išskirtinesni.

Catherine Brahic
New Scientist, № 2892

Komentarai (42)