Neandertalczyk molekularny

Badania genetyczne przeczą bliskiemu pokrewieństwu dzisiejszych ludzi i neandertalczyków.

Odkąd w 1857 roku odkryto grubokościsty szkielet ludzki w dolinie Neandra ­ Neanderthal (dziś Neandertal) ­ tożsamość owego człowieka budzi wiele kontrowersji. Początkowo widziano w nim schorowanego kozackiego dezertera z czasów wojen napoleońskich. Wkrótce okazało się, że należy do rodu, który zamieszkiwał Europę, północną Afrykę i Bliski Wschód przed dziesiątkami tysięcy lat. Od tego czasu trwa spór o to, czy neandertalczycy byli naszymi przodkami, czy odrębnym gatunkiem, boczną gałęzią rodowodu człowieka (Skąd pochodzimy, „WiŻ" nr 3/1995). I oto, 140 lat po odnalezieniu pierwszych szczątków w Neandertal, ów właśnie szkielet dostarczył nowych, tym razem genetycznych, argumentów do dyskusji.

Neandertalczycy byli w początkach ostatniego zlodowacenia jedynymi Europejczykami. Jeszcze 40 tys. lat temu mieszkali pod dzisiejszym Krakowem i w krajach śródziemnomorskich. Mieli wówczas za sobą około 100 tys. lat zasiedlenia terenów ciągnących się od Atlantyku po góry Iranu. Byli doskonale przystosowani do życia w mroźnym klimacie. Mieli krępe, muskularne ciała, wydatne nosy, mocne szczęki. Atletyczna budowa neandertalczyków obojga płci służyła zapewne m.in. intensywnemu wytwarzaniu ciepła w mięśniach. Rozbudowany nos umożliwiał zaspokojenie głodu tlenowego tychże mięśni przez intensywne oddychanie suchym, lodowatym powietrzem, które ogrzewało się i nawilżało przed trafieniem do płuc. Potężne szczęki i zęby nadawały się nie tylko do jedzenia, lecz także np. do obróbki skóry upolowanych zwierząt. Ich mięso dostarczało tak potrzebnej energii, nie tylko jako paliwa dla mięśni, ale i dla innego, wielce energochłonnego narządu ­ mózgu. Półtoralitrowy mózg neandertalczyków był nawet nieco większy od naszego. Bardzo mocne szczęki wymuszały utrzymanie wydatnych wałów nadoczodołowych, przenoszących wokół oczodołów naprężenia powstające przy zaciskaniu szczęk, co nadawało neandertalczykom prymitywny, „małpi" wygląd.

Wiele znalezisk przeczy jednak stereotypowi „bestialskiego jaskiniowca". Oto kilkadziesiąt lat temu w jaskini Szanidar w Iranie znaleziono szkielet starego neandertalczyka, który musiał przeżyć długie lata dzięki troskliwej opiece swych współplemieńców ­ miał amputowaną i zagojoną rękę, stracił oko i na pewno nie dałby sobie długo rady sam w surowych warunkach. Kiedy w końcu zmarł, został pochowany, a jego ciało obsypano kwiatami, których pyłki zostały znalezione przez archeologów. Niedawno w słoweńskiej jaskini Divje Babe odkryto flet z kości niedźwiedzia jaskiniowego. Instrument ten, któremu towarzyszyły narzędzia mustierskie, typowe dla neandertalczyków, miał rozstaw otworów, wskazujący na posługiwanie się przez owych ludzi skalą muzyczną podobną do używanej przez kompozytorów nowożytnych. Mogłoby się, więc wydawać, że ci pra-Europejczycy zasługują na uznanie w nich przodków Europejczyków współczesnych, jak sądzą niektórzy paleoantropolodzy. Większość badaczy uważa jednak, że tak nie jest.

Chociaż 40 tys. lat temu neandertalczycy zajmowali całą Europę z wyjątkiem zajętych przez lądolód obszarów na północy ­ granica zaludnienia przebiegała wówczas przez dzisiejszą środkową Polskę ­ zaledwie 10 tys. lat później ich zasięg skurczył się do skrawka Półwyspu Pirenejskiego, w okolicach Gibraltaru, a wkrótce zniknęli i z tej ostatniej ostoi. Ich miejsce zajęli nowi Europejczycy, zapewne ciemnoskórzy i przybyli z południa, z Afryki, gdzie ten typ antropologiczny pojawił się najwcześniej. Często nazywa się ich kromaniończykami (od francuskiego stanowiska Cro-Magnon), ale w istocie reprezentowali nasz własny gatunek Homo sapiens i anatomicznie nie wyróżniali się od nas niczym szczególnym. Zapewne i psychicznie byli do nas podobni ­ to im zawdzięczamy piękne malowidła naskalne w wielu jaskiniach, zwiastujące arcydzieła malarstwa europejskiego późniejsze o dziesiątki tysięcy lat, i budzące w nas żywy oddźwięk estetyczny. Czy jednak talenty plastyczne kromaniończyków wystarczają, by odmówić człowieczeństwa muzykalnym neandertalczykom?

Dalecy krewni: neandertalczyk i człowiek współczesny

Zastąpienie kultury mustierskiej, dość topornych odłupkowych narzędzi kamiennych wyrabianych przez neandertalczyków, przez wiórowe narzędzia kromaniońskie, zaliczane np. do kultur oryniackich (i innych, bo nasz gatunek odznacza się szczególnie szybkim postępem, a w każdym razie różnicowaniem, kulturowym), nastąpiło dość szybko. Wprawdzie neandertalczycy próbowali podpatrywać pewne rozwiązania techniczne, czego przykładem jest kultura szatelperońska we Francji, ale nie utrzymali się długo na terenach opanowywanych przez nowych, lżej zbudowanych ludzi. Jedynym obszarem długotrwałego nakładania się zapisu archeologicznego ludzi współczesnych anatomicznie i neandertalskich jest Ziemia Święta: w jaskiniach na Górze Karmel spotyka się ślady zamieszkiwania neandertalczyków długo po pojawieniu się tam ludzi współczesnych. Nie jest jednak pewne, czy rzeczywiście byli sąsiadami przez milenia, czy raczej na przemian pojawiali się tam i odchodzili. Archeologiczna interpretacja zapisu jest tu trudna, podobnie jak w wielu przypadkach dotyczących początków ludzkości. Spory o to, jacy byli neandertalczycy i jakie jest ich miejsce w naszym rodowodzie, toczą się od z górą stu lat i wystarczą na niejedną książkę. (Ostatnio nakładem wydawnictwa Prószyński i S-ka ukazała się Tajemnica neandertalczyka Jamesa Shreeve'a. Jak w powieściach detektywistycznych mnożą się tu poszlaki, fałszywe tropy, osobiste motywacje protagonistów, z czego w końcu wyłania się mglisty zarys człowieka równie ludzkiego jak my, lecz zaskakująco innego).

Niektórzy naukowcy sądzą, że neandertalczycy wnieśli swój wkład w naszą pulę genową, inni twierdzą, że wymarli bezpotomnie. To, czy i dlaczego przed ponad 30 tys. lat nie dochodziło do krzyżowania się nowocześniejszych imigrantów z Afryki z europejskimi tubylcami, zależy od tego, co działo się wcześniej. Dane genetyczne, dotyczące DNA mitochondrialnego, wskazują, że wszyscy ludzie współcześni mieli wspólnego afrykańskiego przodka przed niespełna 150 tys. lat, a wszyscy nie-Afrykanie ­ przed około 100 tys. lat. Ta hipoteza „mitochondrialnej Ewy" nie wyklucza bliskiego spokrewnienia neandertalczyków (znanych w zapisie archeologicznym od około 200 tys. lat) z ludźmi współczesnymi ­ byliby oni wczesną odnogą, podgatunkiem człowieka rozumnego (Homo sapiens neanderthalensis), który mógłby się potencjalnie krzyżować z H. Sapiens sapiens.

Zbadanie DNA mitochondrialnego z fragmentu kostnego neandertalczyka z Neandertalu jednak temu przeczy i każe uznać znacznie dawniejsze oddzielenie się przodków neandertalczyków i naszych. W lipcu 1996 roku zespół w składzie: Matthias Krings i Svante Pääbo z Universität München oraz Anne Stone i Mark Stoneking z Pennsylvania State University opublikował wyniki takich analiz genetycznych w czasopiśmie „Cell". Badane fragmenty DNA neandertalczyka różniły się od współczesnych odpowiedników trzy razy bardziej niż odpowiednie odcinki ludzi współczesnych między sobą. Zarazem neandertalski DNA był dwukrotnie bardziej podobny do naszego niż do szympansiego. Nie stwierdzono też większego podobieństwa sekwencji neandertalskich do współczesnych Europejczyków niż do ludzi innych ras.

Z porównania sekwencji DNA neandertalczyka i ludzi współczesnych wynika, więc, że nasi przodkowie ewoluowali własnymi drogami przez ponad 0.5 mln lat. Zapewne, więc wykształcili się niezależnie z któregoś z plejstoceńskich, hominidów. Kopalnym kandydatem do roli naszego wspólnego przodka jest Homo, antecessor, którego szczątki sprzed prawie 800 tys. lat odkryto niedawno w Atapuerca w Hiszpanii (z tych samych gór pochodzą też najstarsze znane szczątki neandertalczycków). Reprezentuje on jedną z form tzw. pitekantropów ­ plejstoceńskich hominidów o ponad litrowej pojemności puszki mózgowej, znanych z plejstoceńskich osadów kontynentów Starego Świata: H. ergaster z Afryki, H. erectus z Azji, H. heidelbergensis z Europy. Wygląda na to, że współwystępowało wówczas na świecie kilka gatunków ludzkich i sytuacja obecna ­ jedynej ludzkości na planecie ­ jest stosunkowo świeżej daty. Dopiero przed 30 tys. lat linia afrykańska wyparła pozostałe ­ neandertalczyków w Europie i jawajskich niedobitków pitekantropów, którzy ­ jak się niedawno okazało ­ też przetrwali zaskakująco długo.

Taki rozgałęziony model drzewa rodowego, udokumentowany też dla wcześniejszej fazy rozwoju człowiekowatych w Afryce, ­ kiedy współwystępowały australopiteki masywne i smukłe oraz człowiek zręczny ­ jest typowym wzorcem filogenezy większości organizmów. Okazuje się, że człowiek i pod tym względem nie jest wyjątkiem. Przychodzi, więc odłożyć do lamusa model „drabiny rodowej", zgodnie, z którym od milionów lat kolejne formy ludzkie doskonaliły się, wspinając na kolejne szczeble prowadzące do „korony Stworzenia". Najwyraźniej ewolucja człowiekowatych aż do najnowszych czasów nie była tak liniowo uporządkowana, lecz przebiegała równie przypadkowo jak lepiej udokumentowana ewolucja koniowatych czy trąbowców, (w których to grupach też dopiero w ostatnich dziesiątkach tysięcy lat doszło do radykalnego zmniejszenia różnorodności gatunkowej ­ z koniowatych ocalał jeden rodzaj Equus, z trąbowców ­ dwa dość blisko spokrewnione gatunki słoni). Nie da się, niestety, wykluczyć, że podobieństwo drzew rodowych, za sprawą, którego nie ujrzymy dziś ani neandertalczyków, ani pitekantropów, ani trójpalczastych koni, ani mastodontów, ma tę samą przyczynę ­ Homo sapiens sapiens z jego nowocześniejszym arsenałem broni, narzędzi i zachowań ­ także sprawnego, zespołowego zabijania.

Neandertalski DNA od kuchni

Do analizy genetycznej DNA neandertalczyka posłużył niespełna półgramowy okruch jego kości. Najpierw próbkę kości zbadano w celu stwierdzenia, czy są szanse na uzyskanie stosunkowo mało zmienionego DNA. Ponieważ jednym z głównych czynników sprzyjających degeneracji kwasu deoksyrybonukleinowego w martwych tkankach jest woda, zmierzono stopień tzw. racemizacji aminokwasów. W żywych organizmach występują tylko izomery L, czyli lewoskrętne; racemizacja, czyli rosnący udział prawoskrętnych izomerów D, aż do powstania obojętnego optycznie racematu, czyli mieszaniny nieskręcającej płaszczyzny polaryzacji światła, świadczy o działaniu czynników sprzyjających niszczeniu pierwotnego materiału organicznego, głównie wody. Badania wykazały, że w próbce DNA zachował się bez większych uszkodzeń.

Wyekstrahowano, więc z niej odpowiednie DNA i namnożono metodą PCR (Kopalny DNA i Park Jurajski, „WiŻ" nr 10/93). Początkowo przeanalizowano jego podobieństwo do krótkiej, hiperzmiennej sekwencji regionu kontrolnego ludzkiego DNA liczącej 105 par zasad. Okazało się, że w badanym materiale pochodzącym z neandertalczyka obok nielicznych ciągów zbliżonych do współczesnej sekwencji odniesienia (zapewne zanieczyszczeń) konsekwentnie występuje sekwencja różniąca się od wzorcowej 8 z 61 pozycji. Zachęceni sukcesem badacze ustalili inną sekwencję, długości 379 par zasad. Tym razem doliczono się 27 różnic w porównaniu z sekwencją odniesienia, wobec 5 do 8 różnic, jakich można by się było spodziewać między materiałem genetycznym współczesnych ludzi różnych ras.

Badacze z Pensylwanii powtórzyli i sprawdzili procedurę laboratoryjną monachijskich kolegów, uzyskując takie same wyniki.

Do badań użyto DNA mitochondrialnego, ponieważ w każdej komórce występuje nie w dwóch, lecz w setkach kopii, a jego wyłącznie matczyne przekazywanie wyklucza domieszki obcego materiału genetycznego wskutek krzyżowania się z przybyszami.

Słowniczek:

Neandertal

Pierwsze stanowisko antropologiczne człowieka neandertalskiego, z początku zlodowacenia Würm. Odkrycia dokonano w jaskini, w dolinie rzeki Düssel w Westfalii (Niemcy).

Kultury oryniackie

Krąg kultur wczesnych faz paleolitu górnego, występujących na terenach Europy i Bliskiego Wschodu. Cechuje je bogaty zestaw form narzędzi krzemiennych, przemysł rogowy i kościany, plastyka figuralna. Kultury te łączy się z pojawieniem najwcześniejszych przedstawiceli Homo sapiens w Europie. Nazwa pochodzi od jaskini Aurignac w departamencie Haute-Garonne we Francji.

Kultura szatelperońska

Kultura górnego paleolitu rozwijająca się na terenach zachodniej i południowej Europy. Należy do najstarszych europejskich kultur z tylczakami, będącymi przewodnią formą narzędzi. Cechują ją również wyroby z rogu i kości. Nazwa pochodzi od francuskiej miejscowości Chatelperron (departament Allier).

---