رازهای ژنتیک باستانی فاش شد: چطور اجداد اروپایی با هزاران سال تطبیق یافتند؟

کاوش در ژنتیک باستانی و پرده‌برداری از رازهای تطابق اجدادمان

با تکیه بر یک شیوهٔ آماری نوین و به کار بستن آن بر داده‌های ژنتیکی استخراج شده از بقایای استخوانی نیاکانمان، گروهی از پژوهشگران دانشگاه تگزاس در آستین و دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس، به بینش‌های تازه‌ای در مورد چگونگی سازگاری انسان‌های باستانی اروپا با محیط خود در طول تاریخی بالغ بر هفت هزار سال دست یافتند. نتایج این پژوهش هفتهٔ گذشته در مجلهٔ Nature Communications منتشر شد.

آقای وگیش ناراسیمن، سرپرست این تحقیق و استاد زیست‌شناسی تلفیقی، آمار و علوم داده در دانشگاه تگزاس، اظهار داشت: «مطالعهٔ ژنتیک باستانی این امکان را برای ما فراهم می‌کند که به گذشته بازگردیم و دگرگونی‌های تکاملی را به طور مستقیم در جمعیت‌های تاریخی دنبال کنیم.» وی افزود: «ما نشانه‌های ژنتیکی را که در ژنوم‌های امروزی محو یا پنهان شده‌اند، آشکار می‌کنیم.»

محققان بیش از هفتصد نمونه را که از محوطه‌های باستانی در سراسر اروپا و بخش‌هایی از روسیهٔ امروزی گردآوری شده بود، بررسی کردند. این نمونه‌ها بازهٔ زمانی نوسنگی (حدود هشت هزار و پانصد سال پیش) تا دورهٔ روم باستان (حدود سیزدهصد سال قبل) را در بر می‌گرفت. پژوهشگران موفق به شناسایی نشانه‌هایی از انتخاب طبیعی – یعنی اثرات سازگاری ژنتیکی با فشارهای محیطی – در DNA اروپایی‌های باستانی شدند که در DNA اروپایی‌های امروزی قابل تشخیص نیستند.

یافته‌های این پژوهش نه تنها دریچه‌ای به روزگاران دور می‌گشاید، بلکه چگونگی ناپدید شدن صفات ژنتیکی سودمند برای بقا و رفاه را در گذر زمان نشان می‌دهد. مطالعات بر روی نمونه‌های ژنتیکی امروزی، با چالش‌هایی در زمینهٔ شناسایی رخدادهای انتخاب طبیعی باستانی روبه‌رو هستند. انتخاب طبیعی نشانه‌های ظریفی بر ژنوم ما بر جای می‌گذارد، اما این نشانه‌ها می‌توانند در طول نسل‌ها به دلیل پدیدهٔ ترکیب مجدد DNA، که طی آن بخش‌هایی از DNA جابه‌جا و رقیق می‌شوند، محو شوند. همچنین، نشانه‌های سازگاری باستانی می‌توانند به دلیل رانش ژنتیکی – نوسانات تصادفی در فراوانی وقوع ژن‌ها – و آمیختگی جمعیت‌ها، که منجر به حذف برخی ویژگی‌های سازگار از مجموعهٔ ژن‌ها می‌شود، پنهان شوند.

ژنتیک باستانی نگاهی بی‌واسطه به ژنیوم‌های افرادی که در دوره‌های زمانی نزدیک‌تری به این رخدادها می‌زیسته‌اند، می‌دهد و این امکان را برای محققان فراهم می‌کند که دگرگونی‌های تکاملی را پیش از آنکه از بین بروند، مشاهده کنند. از این رو، ژنتیک باستانی به دانشمندان کمک می‌کند تا پویایی تاریخی تطابق انسانی را بازسازی کنند.

گروه تحقیقاتی از یک رویکرد آماری نوآورانه استفاده کرد که به طور خاص برای تحلیل داده‌های ژنتیک باستانی مناسب سازی شده است. این تکنیک جدید به تیم این اجازه را داد تا نشانه‌های انتخاب طبیعی را با کارایی بیشتری نسبت به روش‌های سنتی شناسایی کنند. تیم، نمونه‌ها را به چهار بازهٔ زمانی تقسیم‌بندی کرد: نوسنگی، عصر برنز، عصر آهن و دورهٔ تاریخی.

کاوش در دگرگونی‌های ژنتیکی در پاسخ به تحولات شیوه‌های زندگی

این رویکرد به محققان این امکان را داد تا تغییرات ژنتیکی را در پاسخ به دگرگونی‌های شیوه‌های زندگی، همچون گذار از شکار و گردآوری به کشاورزی، دنبال کنند. دوشیزه دوانش پاندی، دانشجوی دکتری در رشتهٔ زیست‌شناسی سلولی-مولکولی و یکی از نویسندگان اصلی این مقاله، بیان کرد: «روش ما تصویر روشن‌تری از چگونگی و زمان انتخاب شدن خصوصیات خاص ارائه می‌دهد، به ویژه هنگامی که این نشانه‌ها در ژنوم‌های امروزی محو شده‌اند.»

در این پژوهش، تطابق انسانی در دوران گذار از شکار و گردآوری به کشاورزی و همچنین توسعهٔ جوامعی با ساختار حکومتی مورد بررسی قرار گرفت، و محققان قادر به مشاهدهٔ چگونگی تغییر ژن‌ها در زمانی شدند که انسان‌ها در مجاورت یکدیگر و حیوانات اهلی می‌زیستند. در مجموع، این پژوهش 14 ناحیه از ژنوم را شناسایی کرد که به نظر می‌رسد در این بازه‌های زمانی تحت فشار انتخاب طبیعی قابل توجهی قرار داشته‌اند.

به عنوان مثال، ژن‌های مرتبط با ویژگی‌هایی که به اروپایی‌های اولیه اجازهٔ تولید ویتامین D و هضم شیر در بزرگسالی را می‌دادند، نشانه‌های قوی از انتخاب را نشان دادند، اما تنها در دوره‌های زمانی اخیر. در حالی که رنگدانه‌های روشن پوست احتمالاً به کشاورزان اولیه در تولید ویتامین D در آب و هوای کم‌نور کمک می‌کرد، توانایی هضم شیر حیوانات به افراد این امکان را می‌داد تا از شیر به عنوان منبع تغذیه استفاده کنند، پس از آنکه کشاورزی لبنی در اروپا رواج یافت. آقای نارسیمهان گفت: «احتمال دارد که این توانایی هضم لبنیات در زمان قحطی، کمبود غذا و بیماری برای بقا حیاتی بوده است.»

محققان همچنين دريافتند كه ژن‌هاي مرتبط با سيستم ايمنی بدن در چندين دوره زماني تحت فشار انتخابي قرار گرفته‌اند، احتمالاً به اين دليل كه جمعيت‌های باستانی با بيماری‌های نوظهوری كه با گسترش كشاورزی و مهاجرت‌هاي بعدي پديدار شدند، سازگار شدند. جالب توجه آنكه، حدود نیمی از این نشانه‌های تطابقی فقط در کهن‌ترین دوره‌ها قابل شناسایی بودند، به این معنا که در دوره‌های بعد به دلیل رانش ژنتیکی از بین رفته یا به علت اختلاط وسیع جمعیت‌ها پنهان شده‌اند.

این تحقیق، بینشی بی‌سابقه در مورد این موضوع به ما ارائه می‌دهد که چگونه جمعیت‌های اروپایی در طول هزاره‌ها به چالش‌های محیطی پاسخ داده و با آنها سازگار شدند و به ما کمک می‌کند تا درک کنیم که چگونه برخی ویژگی‌ها در طول زمان حفظ، از بین رفته یا متحول شده‌اند. این یافته‌ها بر اهمیت ژنتیک باستانی 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.

خانم ماریا هریس و خانم ناندیتا گارود از دانشگاه UCLA نیز از نویسندگان این مقاله بوده‌اند. این پژوهش با حمایت مالی بنیاد خانوادهٔ پال جی. آلن، بورس تحصیلی Good Systems برای هوش مصنوعی اخلاقی در دانشگاه UT آستین، بنیاد پال جی. آلن، شرکت تحقیقاتی برای پیشرفت علم، بورس تحصیلی هلمن دانشگاه کالیفرنیا، بنیاد ملی علوم و مؤسسات ملی بهداشت به انجام رسیده است.