میراث نئاندرتال ها برای انسان؛ نئاندرتال درون ما

از رنگ پوست تا ایمنی بدن، زیست شناسی بدن انسان پیوسته متصل به اجداد کهنمان بوده است.

بعد از انتشار پیش نویس سکانس یا توالی ژنوم نئاندرتال ها در سال ۲۰۱۰، زیست شناس تکاملی جاشوآ آکی، مستقر در دانشگاه واشنگتن در سیاتل، و دانشجوی فارغ التحصیل وی بنجامین ورنات آغاز به بررسی هیجان انگیز ترین مفهوم در آن  کردند: و آن این نکته بود که شبه انسان های اولیه و کهن (هومینین) با اجداد انسان پیشرفته آمیزش داشته اند. نئاندرتال ها برای بیش از ۳۰۰ هزار سال در مناطق اورآسیا می زیسته اند، درست هنگامی که  برخی از اجداد انسان در حدود ۶۰ تا ۷۰ هزار سال پیش از آفریقا خارج شدند و بر اساس مقاله منتشر شده در سال ۲۰۱۰، که در آن محققین پیش نویس ژنوم نئاندرتال ها را با توالی انسان مدرن مقایسه کردند، در حدود ۲ درصد از DNA موجود در ژنوم افراد امروزی با اجداد ساکن اورآسیا در واقع از نئاندرتال ها سرچشمه می گیرد.

برای تحقیق در مورد دودمان های قدیمی جمعیت انسان امروزی، آکی و ورنات شروع به جست و جو برای یافتن DNA نئاندرتال ها در ژنوم امروزی و مدرن کردند. آن ها از رویکرد آماری برای تشخیص ردپای ژنتیکی دودمان نئاندرتال در ژنوم ۳۷۹ فرد اروپایی و ۲۸۶ فرد شرق آسیایی استفاده کردند. این تلاش با گزارش اولین توالی ژنوم نئاندرتال با کیفیت بالا تقویت شد، و این اعتماد بنفس آن ها را در این مورد که توالی یافت شده توسط آن ها حقیقتا سرچشمه ای در دنیای کهن دارد دو برابر کرد. اما هنوز در پس ذهن آکی تردیدهایی درباره تحقیق وجود داشت. او در این باره می گوید ” به یاد می آورم که در هنگام کار روی آن این مطلب را به بن گفتم، که هر روز صبح خیس از عرق سرد بلند می شوم و با خود می گویم این تقسیم بندی دودمانی باید ناکامل باشد”. معنای حرف او آن است که ممکن است ناشی از مسائل انسانی در باب متدولوژی تمام نتیجه گیری ها آن ها درباره دودمان نئاندرتال ها نقش بر آب شود و بدین معناست که توالی بررسی شده ناشی از نیای مشترک دو گروه انسان مدرن و نئاندرتال ها بوده است.

درست زمانی که آکی و ورنات آماده انتشار مقاله خود بودند، دپارتمان آن ها شاهد حضور مهمانی به نام سوآنت پابو بود، یک ژنتیک دان از موسسه ماکس پلانک که در زمینه انسان شناسی تکاملی تحقیق می کند و پیش رو در ابداع روش های جدیدی در استخراج و آنالیز DNA نمونه های کهن بوده و اولین تلاش ها را در بازیابی ژنوم نئاندرتال ها به ثمر نشانده است به دیدن آن ها رفته بود. آن دو درباره پروژه در حال انجامشان با وی صحبت کردند، و پابو به آن ها متذکر شد که همکارش، دیوید رایش در دانشکده پزشکی دانشگاه هاروارد در حال انجام تحقیقات مشابه ای با آن ها است. بعد از این واقعه آکی با رایش تماس گرفت.

آکی در این باره می گوید ” نتیجه نهایی مکالمه ما بر این شد که توافق کردیم همزمان و هماهنگ با یکدیگر نتایجمان را منتشر کنیم. هم چنین موافق این مسئله بودیم که حتی به صفحات همدیگر نگاه هم نیندازیم زیرا که نمی خواستیم به هیچ وجه روی نتایج بدست آمده دو طرف تاثیری بگذارد”.

براستی آیا تنها همین ویژگی غریب تاریخ انسان بوده است که هیچ اثری نداشته است، یا این که همان بوده که مسیر تکامل آدمی را عوض کرده است؟

جاشوآ آکی دانشگاه پرینستون

آکی و ورنات مقاله خود را تقدیم روزنامه علم (SCIENCE) کردند و رایش و همکارانش آن را به روزنامه طبیعت (NATURE) ارائه کردند. هر دو روزنامه همزمان مقالات را در انتهای ماه ژانویه ۲۰۱۴ به چاپ رساندند. روزی که مقالات منتشر شدند، آکی با اضطراب شروع به خواندن مقاله رایش و همکارانش کرد. او در این باره می گوید ” خاطرم هست که در دفترم نشسته بودم و آن را می خواندم و یجورایی واقعا فقط به دنبال چک لیست نتایج کلیدی بودم. دیری نگذشت که آروم شدم. ما ضرورتا هر دو دقیقا به یک نکته اشاره کرده بودیم. معمولا وقتی شما چیزی رو منتشر می کنید، سال ها قبل از آنست که مورد تصدیق قرار گرفته باشد…. و در این مورد انگار مثل احساس سربلندی در لحظه بود”.  

دو گروه از رویکرد های آماری متفاوتی برای شناسایی DNA نئاندرتال ها در ژنوم انسان مدرن بهره برده بودند، تا بدین وسیله تمام شک و تردیدها را درباره سرگذشت آمیزش گروه های مختلف هومونین از میان بردارند. جانت کلسو، زیست شناس آماری در موسسه ماکس پلانک بخش انسان شناسی تکاملی و عضو همکار در مقاله رایش می گوید ” آن آخرین میخ کوبیده شده بر روی تابوت بود و هیچ چیز دیگری نمی توانست باشد”. 

بر طبق اظهارنظر آکی در دانشگاه پرینستون ” با مشخص شدن قضیه آمیزش نئاندرتال و انسان مدرن، دانشمندان می توانستند روی هدف جدیدی متمرکز شوند”. و آن این بود که نتیجه این پیوند نژادی چه بود؟ براستی آیا تنها همین ویژگی غریب تاریخ انسان بوده است که هیچ اثری نداشته است، یا این که همان بوده که مسیر تکامل آدمی را عوض کرده است؟

در ۶ سال گذشته، طوفانی از مطالعات سعی در پاسخ به این سوال داشته اند. آنالیز ژنومیکی اشکال نئاندرتال ها را با تفاوت های موجود در میزان بیان  ژن ها و فنوتیپ های متنوع در گستره پوست و رنگ مو تا عملکرد سیستم ایمنی و بیماری های اعصاب و روان مرتبط کرده است. اما محققین در حال حاضر قادر به توضیح آن که چطور است که این توالی های قدیمی روی مردم امروزی نسبت به انسان هایی که این ژن ها را در حدود ۵۰ تا ۵۵ هزار سال قبل کسب کرده اند تاثیر کمتری می گذارند نیستند.

گریسون کمپ، ژنوم دان در موسسه افتالمولوژی بالینی و مولکولی بازل در سوئیس می گوید ” تا بحال من هیچ مطالعه عملکردی متقاعد کننده ای را ندیده ام که شما گونه نئاندرتال و انسان را بردارید و آزمایش های کنترل شده انجام دهید تا نتایج فیزیولوژیک را تعیین کنید. واقعا هیچ کس تا بحال در فرهنگ ما این را نشان نداده است که آلل یک نئاندرتال و انسان دارای عملکرد های فیزیولوژیک متفاوتی هستند. زمانی که کسی آن را انجام دهد حقیقتا هیجان انگیز خواهد بود”.

تاریخ در هم تنیده

چیزی در حدود ۳۵۰ هزار سال قبل یا بیشتر از آن گروهی از هومینین ها که قرار بود به نئاندرتال ها و دنیسووان ها تکامل یابند آفریقا را به مقصد اورآسیا ترک کردند. چند صد هزار سال بعد، در حدود ۶۰ تا ۷۰ هزار سال قبل، اجداد مدرن غیر آفریقایی راه مشابهی را به بیرون از آفریقا پیش گرفتند و شروع به آمیزش و پیوند با این دیگر گروه های هومینین کردند. محققین تخمین می زنند که بیشتر DNA نئاندرتال ها درون ژنوم انسان مدرن برآمده از آمیزش ها و پیوندهای بین دو گروه که در حدود ۵۰ تا ۵۵ هزار سال پیش در شرق میانه به وقوع پیوسته است. هزاران سال بعد، انسان هایی که به شرق آسیا وارد شدند با دنیسووان ها پیوند خوردند.

نئاندرتال ها درون پوست ما

اکثر گونه های نئاندرتال ها درون تنها در حدود ۲ درصد مردم پیشرفته امروزی با نسب اورآسیایی وجود دارند. اما مقادیری از DNA قدیمی وجود دارند که شایعترند که گواه این مسئله اند که برای انسان کهن زمانی که در حال حرکت به سوی اورآسیا از آفریقایی که نئاندرتال ها برای بیش از ۳۰۰ هزار سال به نام خانه می شناختند بودند بسیار سودمند واقع شدند. در مطالعه سال ۲۰۱۴ ورنات و آکی، آن ها چندین توالی با منشا نئاندرتالی پیدا کردند که در بیشتر از نیمی از ژنوم های انسان های مورد مطالعه شان حضور داشتند. مناطقی که حامل فراوانی بالای توالی های نئاندرتالی بودند شامل ژن هایی می شدند که سرنخ هایی از تاثیرات عملکردیشان بدست می دهند. تفاوت های جفت بازها (Base Pair) بین انسان و گونه نئاندرتال به ندرت در توالی های کد کننده پروتئینی دیده شد، اما بیشتر از آن در انواع تنظیمی ژن ها این موضوع بیان شد که توالی های کهن روی بیان ژنی تاثیرگذارند.

تعدادی از قطعات لنگرگاهی ژن ها وجود دارند که مرتبط با زیست شناسی پوست می شوند، مثل فاکتور رونویسی که تکامل سلول های اپیدرمی پوست با نام کراتینوسیت ها را تنظیم می کند. این اشکال و گونه ها می توانستند زمینه ساز ویژگی هایی شوند که باعث سازگاری در شرایط آب و هوایی گوناگون و میزان کمتر مواجهه با اشعه فرابنفش در مناطق با عرض جغرافیایی شمالی تر شوند. گروه رایش هم چنین به طور مشابهی ژن های دخیل در زیست شناسی پوست پیدا کردند که در ژنوم نئاندرتالی غنی است و این بدان معناست که بیشتر از فقط  چند درصد مردم وجود داشتند که DNA نئاندرتال ها در این مناطق از ژنوم را دارا بودند.

واقعا هیچ کس تا بحال در فرهنگ ما این را نشان نداده است که آلل یک نئاندرتال و انسان دارای عملکرد های فیزیولوژیک متفاوتی هستند. زمانی که کسی آن را انجام دهد حقیقتا هیجان انگیز خواهد بود.

گریسون کمپ

به هر حال این موضوع نامشخص بود که گونه نئاندرتال ها چه تاثیر خاصی در فنوتیپ به وجود آوردند. برای بدست آوردن جواب آن، دانشمندان احتیاج به داده های فنوتیپی در خصوص بسیاری از ویژگی های مختلف داشتند که آن ها را با اطلاعات ژنتیکی بدست آمده برای هزاران نفر جفت و جور کنند. تونی کاپرا ژنتیک دان تکاملی دانشگاه واندربیلت به چنین منبعی از اطلاعات دسترسی دارد و نام آن منبع شبکه الکترونیکی مدارک ژنومیک و پزشکی (eMERGE) می باشد. درست همان زمانی که جامعه علمی در حال آغاز تعیین نقشه DNA نئاندرتال ها در ژنوم انسان های امروزی بود، مسئولین eMERGE در حال گردآوری اطلاعات و مدارک سلامت الکترونیکی و داده های مرتبط ژنتیکی از ده ها هزار بیمار از ۹ مرکز سلامت واقع در ایالات متحده  بودند. کاپرا در این باره می گوید ” ما احساس کردیم که فرصت خوبی است تا بعضی از آن فرضیه ها را در مقیاس بزرگ تر در جمعیت واقعی انسانی جایی که داده های غنی از فنوتیپ وجود دارند ارزیابی کنیم (درباره عملکردی بودنشان)”

با همکاری آکی و ورنات، کسانی که کمک به شناسایی گونه های نئاندرتالی در داده های ژنتیکی از جمله موارد داخل بانک اطلاعاتی کرده بودند، گروه کاپرا به دنبال ارتباطاتی میان DNA قدیمی و بیش از هزار فنوتیپ در بین در حدود ۲۸ هزار نفر با تبار اروپایی گشتند. آن ها در سال ۲۰۱۶ گزارش دادند که DNA نئاندرتال ها در مکان های متنوع داخل ژنوم بر گستره ای از ایمنی و خصایص اتوایمیون تاثیر گذار است، و ارتباط هایی با چاقی و سوءتغذیه وجود داشته که به اثرات متابولیک بالقوه آن ها اشاره دارد. محققین هم چنین متوجه ارتباط میان دودمان نئاندرتال ها و دو گروه رشد سلول های پوستی غیر کنسری مرتبط با زیست شناسی عملکرد نامناسب کراتینوسیت ها شدند. این موضوع این ایده را حمایت می کند که DNA نئاندرتال ها در یک نقطه نظر برای اثرگذاری روی پوست انتخاب شده بود.

کاپرا در این باره می گوید ” برای من دیوانه وار بود. این دیگر گروه ها چه چیزی را فقط بر پایه الگوی وقوع پیش بینی کرده بودند؟ وجود یا عدم وجود تبار نئاندرتال ها حول و هوش انواع خاصی از ژن ها؟ در واقع ما در جمعیت واقعی انسانی می دیدیم که داشتن بخشی از دودمان نئاندرتال ها بر خصوصیت های مرتبط با آن انواع سلول های پوست تاثیر می گذارد”. به هر حال چیزی که نامشخص باقی می ماند این است که آن توالی های نئاندرتالی چه سودی برای آن انسان های اولیه داشته است.

درست در همان زمان ، کلسو و دانشجوی پسادکتری وی میشل دانمان رویکرد مشابهی را با بانک اطلاعاتی نسبتا جدیدی به نام بیوبانک UK یا UKB در پیش گرفتند، که داده هایی از  حدود نیم میلیون داوطلب بریتانیایی که پرسشنامه هایی درباره خودشان پر کرده و تحت معاینات پزشکی قرار گرفته و نمونه خون برای تعیین ژنوتیپ اهدا کرده بودند را شامل می شد. در سال ۲۰۰۶ این مرکز رسما کار خود را آغاز کرده بود و در سال ۲۰۱۵، UKB منابع محکمی از ۵۰۰ هزار نفر را منتشر کرد، و کلسو و دانمان تصمیم گرفتند تا ببینند چه اطلاعاتی را می توانند از آن استخراج کنند. خوش بختانه و با تشکر از تیم رایش که محققین UKB را با لیستی از ۶ هزار گونه ژنی نئاندرتالی تامین کردند، داده های تعیین ژنوتیپ مخصوصا شامل  SNP یا  Single Nucleotide Polymorphisms می شوند که قادر هستند اشکال یا گونه های با منشا نئاندرتال ها را شناسایی کنند. 

در میان پیوند های بسیاری که کلسو و دانمان حین جست و جو در اطلاعات بیش از ۱۱۲ هزار نفر موجود در UKB شناسایی کردند، یک بار دیگر، ارتباطی میان گونه های خاصی از نئاندرتال ها و جنبه های زیست شناسی پوست یافت شد. از آن جمله مخصوصا توالی های قدیم در محدوده ژن BNC2 را می توان نام برده که بسطی از ژنوم است که ورنات و آکی بعنوان منشایی از نئاندرتال ها در حدود ۷۰ درصد غیر آفریقایی شناسایی کرده بودند و به روشنی با رنگ پوست مرتبط است. کلسو بیان میکند “مردمانی که حامل DNA نئاندرتالی بودند پوست هایی با رنگ روشن داشتند و در مواجهه با آفتاب می سوختند تا این که برنزه شوند”. و  بسط ژنی حاوی BNC2 یکی از این بسیار پیوندهاست. کلسو اضافه می کند که در حدود ۵۰ درصد گونه های نئاندرتالی متصل به فنوتیپ ها در مطالعه وی به نحوی با رنگ پوست یا مو مرتبط می شوند.

آکی در این باره می گوید ” تاثیری که DNA نئاندرتال ها  بر ظاهر و عملکرد پوست گذاشته شگفت انگیز است. این موضوعی است که ما واقعا هم چنان علاقه مند به آنیم و در حال شروع انجام آزمایش هایی روی آن هستیم تا به این سوالات پاسخ دهیم که این ژن ها چه کارهایی را برعهده دارند؟ و بعد از آن شاید، فشار انتخابی که باعث شد نوع نئاندرتال ها مورد علاقه و ترجیح قرار گیرند چه بوده است؟”.

برای صدها و هزاران سال نئاندرتال ها در اورآسیا به عنوان گروه هومینین غالب پیشرفت کردند و برای مدت های طولانی است که تمرکز و جست و جوی دانشمندان را به خود معطوف ساختند. اما کمتر از یک دهه پیش، محققین کشف کردند که گروه دیگری از هومینین های قدیمی همزمان با نئاندرتال ها و اجداد انسان مدرن می زیسته اند. DNA جمع آوری شده از یک قطعه استخوان انگشت و ۲ عدد دندان در ظاهر نه به نئاندرتال و نه انسان مدرن شباهت داشت و دانشمندان نام گروه جدیدی را بر آن نهادند و آن دنیسووان بود. این کشف بقایا در سال ۲۰۰۸ و در غاری در سیبری اتفاق افتاد.

زمانی که در سال ۲۰۱۲ دانشمندان ژنوم دنیسووان ها را به طور کامل و با کیفیت بالا بازسازی کردند، این موضوع روشن شد که دنیسووان ها، همانند نئاندرتال ها، در طول زمانی که با انسان مدرن در اورآسیا ساکن بودند با آن ها پیوند و آمیزش داده اند و آنالیزها پیشنهاد می دادند که DNA وارد شده احتمالا از چندین جمعیت دنیسووانی  در ۵۰ هزار سال اخیر منشا می گیرد و گاهی این اتفاق ورود DNA جدید بعد از ترکیب نئاندرتال ها و اجداد انسان مدرن به وقوع پیوسته است.

DNA دنیسووان ها ۴ تا ۶ درصد ژنوم مردمان بومی جزایر ملانسیا یکی نواحی اوشنیا را تشکیل می دهد و در مقادیر کمتر آن ها نشان ژنتیکی خود را در دیگر جمعیت های جزایر اقیانوس آرام و برخی از آسیایی های مدرن شرق به جای گذاشتند، این در حالیست که در مقیاس بزرگ آن ها در کد ژنتیک بیشتر مردم دیگر حضور ندارند. همگام با وارد شدن ژنوم نئاندرتال ها، سوالی که باقی می ماند تا بدان پاسخ دهیم این خواهد بود که چه تاثیراتی این گونه ها بر روی اجداد و دودمان ما بر جای گذاشته اند و هم چنین آیا اکنون نیز تحت تاثیر ژنتیک دنیسووان ها قرار داریم؟

همراه با DNA نئاندرتال ها، متخصصین مناطقی از ژنوم انسان مدرن را شناسایی کرده اند که به طور قابل ملاحضه ای تهی از DNA دنیسووان ها است و متوجه شدند که این به اصطلاح بیابان ها همان هایی هستند که از وجود توالی های نئاندرتال ها هم خالی هستند و این نشان دهنده انتخاب در مقابل بخش های آسیب رسان است. جاشوآ آکی زیست شناس تکاملی دانشگاه پرینستون در این باره اظهار می کند ” در این دست از کارها و مطالعات این همان قدر نزدیک است که شما می توانید به نوعی تکثیر دست یابید “. در باب موضوع ورود تکه های DNA دنیسووان ها که می توانسته برای انسان مدرن مفید باشند، دانشمندان ارتباط هایی با رسپتور های شبیه toll یا (TLRs) و دیگر اجزای عملکرد ایمنی درست مشابه ارتباط های کشف شده با گونه های نئاندرتالی یافته اند.

DNA دنیسووان ها هم چنین ممکن است منفعت های منحصر بفردی برای انسان های کهن به همراه داشته بوده باشد. یک تیم علمی  گونه های دنیسووان ها را در ژنوم اینویت های گرینلند شناسایی کرده اند که شامل ژن های مسئول در تکامل و توزیع بافت چربی می شوند و احتمالا اشاره به فایده این امر در تحمل سرما و سوخت ساز مرتبط دارد. و شاید محکم ترین مقاله در سودمندی ورود دنیسووان ها برگرفته شده از مطالعه ای در سال ۲۰۱۴  باشد که در آن محققین توالی های قدیمی را با سازگاری در ارتفاعات بلند میان جمعیت هایی که در مناطق کوهستانی تبت زندگی می کنند ارتباط دادند. کلسو در این باره می گوید که گونه خاصی که مورد توجه آن ها قرار گرفته بود بسیار انتخاب شده (توسط طبیعت) بود، به طوری که تقریبا هر کسی که در بالای فلات زندگی می کند این قطعه از DNA دنیسووان ها را در خود دارد.

ایمنی مشتق شده از نئاندرتال ها

جای دیگری در زیست شناسی انسان و در ژنوم او که به سختی به نئاندرتال ها مرتبط بوده و گره خورده است سیستم ایمنی است. با توجه به این که اجداد انسان در معرض طوفانی از پاتوژن های مختلف قرار داشتند، حتی برخی از آن ها به طور مستقیم از نئاندرتال ها منشا می گرفتند، همان زمان که به سرتاسر اورآسیا مهاجرت می کردند، توالی های داخل شده به داخل ژنوم انسان احتمالا به آنان در دفاع در برابر این خطرات که نئاندرتال ها سال ها بود با آن ها مواجهه داشتند کمک کرده است.

کلسو در این باره بیان می کند ” چالش ویروس ها، چالش باکتری ها در زمره نیرومندترین نیروهای انتخاب گر در آن بیرون قرار دارند”. بر خلاف دیگر تغییرات شرایط محیطی نظیر الگوهای روشنایی روز و مواجهه با اشعه فرابنفش، پاتوژن ها به یک باره قادر اند شما را از بین ببرند.

اشاره به نقش DNA قدیمی در عملکرد ایمنی به سال ۲۰۱۱ برمی گردد، به محض این که ژنوم نئاندرتال برای ارجاع متقابل با توالی های انسان مدرن در دسترس قرار گرفت.  تیمی به رهبری دانشمندانی از دانشگاه استنفورد دریافتند که آلل های خاصی از آنتی ژن های لکوسیتی انسانی (HLA) که بازیگران کلیدی درشناسایی پاتوژن ها هستند، حاوی علامت هایی از وجود دودمان قدیمی نه تنها از نئاندرتال ها بلکه از یکی دیگر از پسرعموهای هومینینشان، دنیسووان ها، در درونشان هستند. کاپرا در این باره می گوید ” مقاله بسیار خوبی است و یکی از آن ها بود که به بسیاری از مردم کمک کرد تا درباره اثرات ورود ژنوم تامل کنند”.

چندین مطالعه دیگر از آن زمان ارتباط میان DNA قدیمی و عملکرد ایمنی را تقویت کرده اند و گستره آن را از سیستم HLA به بی شمار مسیرهای دیگر توسعه داده و منشعب کرده اند. برای نمونه، چندین آزمایشگاه اشکال ژنی نئاندرتال ها را به سطوح متغیر بیان ژن های کد کننده گیرنده های شبیه toll یا TLRs، بازیگران کلیدی در پاسخ ایمنی ذاتی، گره زده اند. در سال ۲۰۱۶، کلسو، دانمان و یک همکار دیگر دریافتند که پاسخ به یک پاتوژن و استعداد بروز آلرژی ها با توالی های نئاندرتال ها موثر در تولید TLR ارتباط دارند.

به نظر می رسد ویروس ها، مخصوصا، محرک های نیرومند سازگاری هستند. دو سال پیش در دانشگاه آریزونا ژنتیک دان جمعیت دیوید اینارد و همکارانش متوجه شدند که یک سوم گونه های ژنی نئاندرتال ها تحت تاثیر انتخاب مثبت با ژن های کد کننده پروتئین هایی که با ویروس ها واکنش متقابل دارند مرتبط شده اند.

چالش ویروس ها، چالش باکتری ها در زمره نیرومندترین نیروهای انتخاب گر در آن بیرون قرار دارند. پاتوژن ها می توانند شما را به یک باره از میان بردارند.

جانت کلسو، موسسه انسان شناسی تکاملی ماکس پلانک

محققین هم چنین چندین ارتباط فنوتیپی با ورود ژنوم نئاندرتال ها که کمتر قابل توضیح و توصیف هستند را شناسایی کردند.  در آنالیز سال ۲۰۱۷ آن ها، برای مثال، کلسو و دانمان دریافتند که گونه های ژنی نئاندرتال ها با کرونوتایپ مرتبط اند، چیزی که مردم را به پرندگان سحرخیز یا جغد های شب تقسیم می کند، و همینطور ارتباط هایی با استعداد احساس تنهایی یا ایزوله شدن و هیجان و میل و علاقه پایین وجود دارند. روابط موجود با فنوتیپ های وابسته به خلق و خو با شواهدی که تیم کاپرا در سال قبلش در مجموع داده هایش از اطلاعات پزشکی به دست آورد مطابقت می کند که در آن گونه های ژنی نئاندرتال ها با ریسک افسردگی و اعتیاد مرتبط بوده اند.  کاپرا در این باره می گوید ” این ها روابط بسیار محکمی بودند، و هنگامی که ما به ژن هایی که این مناطق دودمان نئاندرتال در آن ها جای گرفته اند نگاه کردیم، در خیلی از موارد با چیزهایی که اکنون درباره آن ژن ها می دانیم جور در می آمدند”.

علت این که چرا این پیوند ها و ارتباطات وجود دارند هنوز هم  یک معماست. کلسو فکر می کند که نور احتمالا فاکتور یکی کردن و اتحاد باشد، بدین معنا که هر دو تغییر در الگوهای طول روز و کاهش مواجهه با اشعه فرابنفش همان طور که به عرض های جغرافیایی شمالی تر حرکت می کردند موثر هستند. او بدین نکته اشاره و تاکید می کند که نظریه او فقط  یک گمان است.

کاپرا اضافه می کند ” تفکر درباره ی این که چگونه ورود ژنومی نئاندرتال ها می توانسته سودمند باشد سرگرم کننده است، و یا حتی این نکته که چطور اشکال ژنی که باعث افسردگی ما در محیط امروزی می شوند می توانسته اند مفید بوده باشند. من واقعا حتی نمی دانم که افسردگی در ۴۰ هزار سال قبل چه معنا و شکلی داشته است.  این موضاعات هم چالش برانگیزاند و هم جالب و سرگرم کننده و البته بخش محرک و انگیزشی در تمام این بحث ها و موضوعات”.

مسئله کارآمدی و عملکرد

حتی با وجود وابستگی ها و ارتباطات سرراست تر، مانند خصوصیات پوستی یا پاسخ های ایمنی، نتیجه گیری هایی بدین گونه دور از روابط میان ژنوتیپ و فنوتیپ به دست می آیند.

در حالیکه این گونه رویکردهای آماری و ژنتیکی در مفهوم قادراند میان ورود ژنومی نئاندرتال ها و فنوتیپ ها هم بستگی ایجاد کنند و به این موضوع اشاره کنند که برای چه چنین توالی هایی برای انسان ها در ابتدای تاریخ انتخاب شده اند، محققین تاکنون مطالعات تایید کننده و معتبر ساز آزمایشگاهی را منتشر نکرده اند.

دانمان در این باره می گوید ” مطالعه دقیق تر DNA نئاندرتال ها در سطح مولکولی در آزمایشگاه نیازمند مهارت بسیاری است. گونه های ژنومی نئاندرتال ها میل دارند تا در بسته هایی ظاهر شوند و ارتباط میان آن گونه ها شناسایی عملکرد هر یک را مشکل می سازد”.

این چالش دانشمندان را از تلاش باز نداشته است. به عنوان یک دانشجوی پسادکتری در آزمایشگاه پابو واقع در آلمان، کمپ، به همراه ورنات، کلسو و دانمان مشتی از شبه ارگان های مغز را از القای خطوط سلول های بنیادی چند ظرفیتی متعلق به اروپایی های امروزی که در ژنتیک مشتق شده از نئاندرتال هایشان با یکدیگر متفاوت اند به دست آوردند، و ترانس کریپتوم های هر سلول را در روند بالغ شدنش در ظرف های کشت دنبال کردند. نتایج اولیه گویای این بودند که گونه های نئاندرتالی درست همانطور که در کارهای قبلی اعلام و مستند شده بود در بیان ژنی موثرند و مدل پیشنهادی را معتبر می سازند.

کمپ که پیگیر این کار در آزمایشگاه خودش در سوئیس است در این باره می گوید ” اما این تحقیق هنوز در مرحله اثبات مسئله قرار دارد. اکنون شما تنها نیاز دارید کارآیی را افزایش دهید. شما نیاز دارید این را روی ۱۰۰ یا ۲۰۰ نفر انجام دهید”. بعد از این مرحله او اضافه می کند که نتایجی که محققین قادر خواهند بود به دست آورند محدود خواهد بود. او می گوید ” من درباره این که واقعا می توان اثرات گونه های نئاندرتال را بر روی برخی از پیامد های فیزیولوژیک شناسایی کرد اندکی محتاط و شاید بدبین هستم”.

آکی ادامه می دهد ” دیگر سوالات بنیادی درباره ورود ژنومی نئاندرتال ها وجود دارند که خود را سخت و مشکل در پاسخ گویی می نمایانند. این سوالات از تعداد موارد پیوند زنی یا هیبریدیزاسیون تا مقیاس زمانی که آن ها به وقوع پیوستند و این که آیا در آن زمان تمایل جنسی یکطرفه در الگوهای گردش ژنی بوده است یا نه متغیراند. آکی اضافه می کند ” تمام این چیز های مهم وجود دارند که تخمین زدنشان به راستی مشکل است. گمان میکنم که یجورایی پیشرفت کار فعلا در این جا متوقف شده است”. ولی او امیدوار است با روی کار آمدن و در دست داشتن  ژنوم های بیشتر از گروه های متنوع و قدیمی هومینین و از انسان مدرن، توانایی دانشمندان در مدل سازی این که تمام این گروه ها چگونه با هم پیوند و آمیزش داده اند تقویت و مستحکم گردد. ژنوم دوم از نئاندرتال با کیفیت بالا در سال ۲۰۱۷ منتشر شد و دانشمندان اکنون ژنوم انسان ۴۰ هزار ساله ای را که چند نسل قبل از خود جد نئاندرتالی داشته در اختیار دارند. دو سال قبل، دانشمندان توالی یک دورگه و اولین نسل حاصل از دنیسووان ها و نئاندرتال ها را منتشر کردند.

آن اطلاعات احتمالا موجب شگفتی خواهند شد. کاپرا برای مثال شواهدی را پیدا کرده است که برخی از قسمت های ژنوم نئاندرتال که با فنوتیپ های امروزی در ارتباط است، آن فنوتیپ ها را مستقیما تحت تاثیر قرار نمی دهد. تلاش وی مواردی را آشکار کرده است که در آن ها ارتباطات توسط توالی هایی در ژنوم نزدیک به اشکال ژنی نئاندرتال که همیشه در کنار یکدیگر ظاهر می شوند تحریک می شوند. این توالی های جدید توسط جد مشترک نئاندرتال و انسان مدرن حمل می شده است اما از درون گروهی از انسان هایی که جمعیت مدرن اورآسیایی را بنیاد نهاده و برپا کرده بودند گم شده بود. این توالی ها که توسط نئاندرتال ها حفظ شده بود طی دوره هایی از آمیزش دوباره وارد اجداد غیر آفریقایی مدرن شد. کاپرا در این باره می گوید ” این اشکال ژنتیکی تنها در اورآسیایی های مدرن و از درون نئاندرتال ها وجود داشته است، ولی منشا آن ها از دودمان نئاندرتال ها نبوده است”.

آکی با یک چرخش جالب دیگر ظاهر می شود و آن این است که آفریقایی ها اجداد نئاندرتالی داشته اند. مقاله چاپ نشده تیم وی به این احتمال اشاره می کند که برخی از اجداد انسان مدرن که با نئاندرتال ها آمیزش دادند به آفریقا برگشتند و مهاجرت کردند و در آن جا با انسان های مدرن دیگر قاطی شدند و اشکال DNA نئاندرتالی را به اشتراک گذاشتند. اگر این درست باشد بدین معناست که آفریقا تهی از تاثیر ژنتیک نئاندرتال ها نبوده است. آکی در این باره می گوید “اساسا نئاندرتال ها در تمام دنیا وجود دارند”.

همه چیز راجع به تنظیم کردن

در مطالعات اولیه آن ها در سال ۲۰۱۴، گروهی متشکل از دیوید رایش از دانشکده پزشکی هاروارد و جاشوآ آکی، سپس در دانشگاه واشنگتن، دریافتند که اشکال ژنومی نئاندرتال ها که با فنوتیپ های انسانی مرتبط اند در مناطق رمز گذاری وجود ندارند. دو سال بعد، یک آنالیز گسترده ژنومی توسط سرمایه گذارانی از فرانسه منتشر شد که بیان می کرد دودمان نئاندرتال ها در مناطقی غنی هستند که به تنظیم ژن گره خورده اند و مربوطند. ماکسیم روتیوال یکی از نویسندگان مقاله و ژنتیک دان درموسسه پاستور واقع در پاریس در این باره می گوید” مفهوم آن این است که توالی های با منشا نئاندرتال ها تمایل دارند که اثرات کمتری روی پروتئین و اثرات بیشتری در بیان ژن داشته باشند”.

برای این که این سوال را مستقیم تر بپرسیم، آکی روی به پروژه بیان ژنوتیپ و بافت یا GTEx آورد، که در آن داده های بیان ژنی از ۵۰ نمونه بافتی که هر کدام از ۱۰ هزار نفر آماده گشته فهرست شده است. آکی بیان می کند ” واقعا بایگانی بیان ژن در مقیاس بسیار خوبی است”. سپس دانشجوی پسادکتری وی راجیف مک کوی، که اکنون دستیار استاد در دانشگاه جانز هاپکینز است روشی را ابداع نمود که به وسیله آن می توان سطوح RNA پیامبر را بر اساس این که کدام آلل بیان می شده است ارزیابی کرد، کدام یک؟ آن که از پدر آمده یا آن که از مادر گرفته شده، و دانشمندان این روش را روی افرادی در بانک اطلاعاتی GTEx که برای اشکال ژنومی خاصی از نئاندرتال ها هتروزیگوت بودند اعمال کردند. با مقایسه سطوح بیان بر پایه این که کدام آلل بیان می شده است، دانشمندان متوجه شدند که یک چهارم بسط های DNA نئاندرتالی درون ژنوم انسان روی تنظیم ژن داخل یا نزدیک آن بسط ها تاثیر می گذارند.

آکی می گوید “مدت های طولانی است که می دانیم که تغییرپذیری در بیان ژن یک منبع مهم در تغییرات فنوتیپی درون جمعیت ها و واگرایی فنوتیپی میان گونه ها است. ما علاقه مند بودیم تا بدانیم که آیا توالی های نئاندرتالی در تغییرپذیری بیان ژنی هیچ دخالتی دارند یا نه؟ جواب یک بله جانانه بود”.

در اوایل سال ۲۰۱۹، روتیوال و دو تن از همکارانش نسبت های اشکال ژنی نئاندرتالی به غیر نئاندرتالی را درون ژنوم محاسبه نمودند و آن نسبت ها را برای مناطق کد کننده پروتئین و توالی های مختلف تنظیمی مخصوصا مناطق تقویت کننده، پروموترها و قسمت های متصل شونده به microRNA مقایسه کردند. سازگار با نتایج قبلی، آن ها مناطق بزرگ خالی از گونه های ژنومی نئاندرتال ها در بخش های کد کننده ژن ها  و غنای ناچیز و اندک توالی های قدیمی در مناطق تنظیمی را پیدا کردند. روتیوال در این باره می گوید ” چیزی ما مشاهده می کنیم این است که در مناطق کد کننده، نسبت بخش های قدیمی به غیر قدیمی بسیار کوچک تر از همان نسبت بیرون از مناطق کد کننده است”. در این راستا تونی کاپرا از دانشگاه واندربیلت که آزمایشگاهش نتایج مشابهی را میان مردم با نسب اورآسیایی بدست آورده است اضافه می کند ” به هیچ وجه این یک سورپرایز نیست، اما دیدن این که توصیف کمی آن به صورت بسیار جامعی بیان می شود واقعا دلپذیر است”.