رازهای نهفته در DNA باستانی: چگونه اروپاییان اولیه سازگار شدند؟

تحلیل DNA باستانی و کشف‌های جدید درباره تطابق انسان‌های باستانی

با استفاده از یک تحلیل آماری منحصر به فرد و اعمال آن بر روی DNA باستانی استخراج شده از بقایای اسکلتی انسان، تیمی از محققان دانشگاه تگزاس در آستین و دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس، بینش‌های جدیدی درباره چگونگی تطابق انسان‌های باستانی اروپا با محیط‌های خود در طول بیش از ۷۰۰۰ سال تاریخ اروپا ارائه داده‌اند. این مطالعه هفته گذشته در نشریه Nature Communications منتشر شد.

وگیش ناراسیمن، سرپرست این تحقیق و استاد زیست‌شناسی یکپارچه و آمار و علوم داده در دانشگاه تگزاس، گفت: “مطالعه DNA باستانی به ما این امکان را می‌دهد که به گذشته برگردیم و تغییرات تکاملی را به‌طور مستقیم در جمعیت‌های تاریخی پیگیری کنیم.” او افزود: “ما امضاهای ژنتیکی را که در ژنوم‌های امروزی به‌طور عمده محو یا پنهان شده‌اند، آشکار می‌کنیم.”

محققان بیش از ۷۰۰ نمونه را که از سایت‌های باستان‌شناسی در سراسر اروپا و بخش‌هایی از روسیه معاصر جمع‌آوری شده بود، مورد بررسی قرار دادند. این نمونه‌ها از دوره نوسنگی (حدود ۸۵۰۰ سال پیش) تا دوره رومیان (حدود ۱۳۰۰ سال پیش) را شامل می‌شود. محققان توانستند نشانه‌هایی از انتخاب طبیعی – نشانه‌های تطابق ژنتیکی با فشارهای محیطی – را کشف کنند که در DNA اروپایی‌های مدرن قابل شناسایی نیستند.

این یافته‌ها نه تنها پنجره‌ای به گذشته دور باز می‌کنند، بلکه نشان می‌دهند که چگونه ویژگی‌های ژنتیکی مفید برای بقا و رفاه می‌توانند در طول زمان ناپدید شوند. مطالعات بر روی نمونه‌های ژنتیکی مدرن با چالش‌هایی در شناسایی رویدادهای انتخاب طبیعی باستانی مواجه هستند. انتخاب طبیعی نشانه‌های ظریفی بر روی ژنوم ما به جا می‌گذارد، اما این نشانه‌ها می‌توانند در طول نسل‌ها به دلیل ترکیب مجدد DNA، که در آن بخش‌هایی از DNA جابجا و رقیق می‌شوند، محو شوند. همچنین، نشانه‌های تطابق باستانی می‌توانند به دلیل انحراف ژنتیکی – نوسانات تصادفی در فراوانی ظهور ژن‌ها – و اختلاط جمعیت، که باعث می‌شود برخی ویژگی‌های تطبیقی از مجموعه ژن‌ها ناپدید شوند، پنهان شوند.

DNA باستانی نگاهی مستقیم به ژنوم‌های افرادی که در زمان نزدیک‌تری به این رویدادها زندگی می‌کردند، ارائه می‌دهد و به محققان این امکان را می‌دهد که تغییرات تکاملی را قبل از اینکه از بین بروند، مشاهده کنند. به این ترتیب، DNA باستانی به دانشمندان کمک می‌کند تا دینامیک تاریخی تطابق انسانی را بازسازی کنند.

تیم تحقیقاتی از یک رویکرد آماری نوین استفاده کرد که به‌طور خاص برای بررسی داده‌های DNA باستانی مناسب است. این تکنیک جدید به تیم اجازه داد تا نشانه‌های انتخاب طبیعی را به‌طور مؤثرتری نسبت به روش‌های سنتی شناسایی کند. تیم نمونه‌ها را به چهار دوره زمانی تقسیم کرد: نوسنگی، عصر برنز، عصر آهن و دوره تاریخی.

تحقیقات درباره تغییرات ژنتیکی در پاسخ به تغییرات سبک زندگی

این رویکرد به محققان این امکان را داد تا تغییرات ژنتیکی را در پاسخ به تغییرات سبک زندگی، مانند انتقال از شکار و جمع‌آوری به کشاورزی، پیگیری کنند. دوانش پاندی، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در رشته زیست‌شناسی سلولی و مولکولی و یکی از نویسندگان اصلی مقاله، گفت: “روش ما تصویر واضح‌تری از چگونگی و زمان انتخاب ویژگی‌های خاص ارائه می‌دهد، به‌ویژه هنگامی که این نشانه‌ها در ژنوم‌های مدرن از بین رفته‌اند.”

در این مطالعه تطابق انسانی در دوران انتقال از شکار و جمع‌آوری به کشاورزی و همچنین توسعه جوامع با سطح دولتی، محققان توانستند مشاهده کنند که چگونه ژن‌ها تغییر کردند زمانی که انسان‌ها در نزدیکی یکدیگر و حیوانات اهلی زندگی می‌کردند. در مجموع، این پژوهش ۱۴ ناحیه از ژنوم را شناسایی کرد که به نظر می‌رسد در این دوره‌های زمانی تحت فشار انتخاب طبیعی قابل‌توجهی قرار گرفته‌اند.

به عنوان مثال، ژن‌های مرتبط با ویژگی‌هایی که به اروپایی‌های اولیه اجازه می‌داد ویتامین D تولید کنند و شیر را در بزرگسالی هضم کنند، نشانه‌های قوی از انتخاب را نشان دادند، اما تنها در دوره‌های زمانی اخیر. در حالی که رنگدانه‌های پوست روشن احتمالاً به کشاورزان اولیه در تولید ویتامین D در اقلیم‌های کم‌نور کمک می‌کرد، توانایی هضم شیر حیوانات به افراد این امکان را می‌داد که از شیر به عنوان منبع تغذیه استفاده کنند، پس از آنکه کشاورزی لبنی در اروپا رایج شد. نارسیمهان گفت: “این امکان وجود دارد که این توانایی هضم لبنیات در دوران‌های شکست محصول، کمبود غذا و بیماری برای بقا ضروری بوده است.”

محققان همچنین دریافتند که ژن‌های مرتبط با سیستم ایمنی در چندین دوره زمانی تحت فشار انتخابی قرار گرفته‌اند، احتمالاً به این دلیل که جمعیت‌های باستانی به بیماری‌های جدیدی که با گسترش کشاورزی و مهاجرت‌های بعدی ظهور کردند، سازگار شدند. جالب اینجاست که حدود نیمی از این نشانه‌های تطبیقی تنها در قدیمی‌ترین دوره‌ها قابل شناسایی بودند، به این معنی که بعداً به دلیل انحراف ژنتیکی ناپدید شدند یا به علت اختلاط گسترده جمعیت‌ها پنهان شدند.

این تحقیق دیدگاهی بی‌سابقه به ما ارائه می‌دهد که چگونه جمعیت‌های اروپایی در طول هزاره‌ها به چالش‌های محیطی سازگار شدند و به ما کمک می‌کند تا درک کنیم که چگونه برخی ویژگی‌ها در طول زمان حفظ، ناپدید یا تغییر یافته‌اند. این یافته‌ها اهمیت DNA باستانی را در بازسازی تاریخ بشر تأکید می‌کند و نشان می‌دهد که چگونه ویژگی‌هایی که زمانی مزیت بقا برای اروپایی‌های اولیه به حساب می‌آمدند، در چشم‌انداز ژنتیکی امروز ناپدید شده‌اند.

ماریا هریس و ناندیتا گارود از دانشگاه UCLA نیز از نویسندگان این مقاله بودند. این تحقیق توسط بنیاد خانواده پول جی. آلن، بورس تحصیلی Good Systems برای هوش مصنوعی اخلاقی در دانشگاه UT آستین، بنیاد پول جی. آلن، شرکت تحقیقاتی برای پیشرفت علم، بورس تحصیلی هلمن دانشگاه کالیفرنیا، بنیاد ملی علوم و مؤسسات ملی بهداشت تأمین مالی شده است.