Prevela Aleksandra Zečić, Biološki fakultet, Beograd

Slika dobijena od Neanderthal Museum, Nemačka

Evolucioni genetičar Svante Pääbo govori Eleanor Hayes o tome kako on istražuje po genomu da bi razumeo evoluciju čoveka. Oduvek sam zamišljala arheologe u blatu do kolena, kako iskopavaju kosti, krhotine posuda ili drevni nakit. Ali kada sam upoznala Svante Pääbo, ‘arheologa genoma’, on nije bio sav blatnjav, niti smo bili na otvorenom.

Umesto toga, sastali smo se – sasvim odgovarajuće – u potpuno novom Unapređenom centru za obuku u Evropskoj laboratoriji za molekularnu biologiju u Hajdelbergu, Nemačka. Dizajnirana da predstavlja molekul DNK, zgrada ima dva helijačna hodnika sa kancelarijama međusobno povezanim staklenim mostovima koji predstavljaju vodonične vezew1. Koja je veza između DNK i arheologije? „ Na neki način moje kolege i ja radimo ono što rade i arheolozi, objašnjava profesor Pääbo. “ Iskopavanja, ali ne u staroj pećini, već u našem genomu. Proučavamo sekvence naše DNK tragajući za delićima naše istorije, da bismo, na primer, saznali odakle potičemo i u kakvoj smo vezi sa ranijim formama ljudskih bića. ”

Novoizgrađeni Viši centar za obuku u Evropskoj laboratoriji za molekularnu biologiju u Hajdelbergu, Nemačka. Možete li uočiti sličnosti sa dvosrukim heliksom DNK? Kliknite na sliku da biste je uvećali Slika dobijena od EMBL Photolab

Kako je, pitam se, dospeo u ovu oblast istraživanja? On objašnjava da ga je rana fascinacija Egiptom, podstaknuta odmorima provedenim tamo sa majkom, navela da studira egiptologiju na Univerzitetu Upsala, Švedska (University of Uppsala). Međutim, tamo su njegovi snovi raspršeni: “Više smo učili o drevnim egipatskim oblicima reči nego što smo iskopavali mumije i piramide u Egiptu kako sam ja zamišljao.” Razočaran, odlučio je da umesto toga studira medicinu, i tada je počeo doktorske studije iz molekularne imunologije.

Međutim, strast za Egiptom je ostala. Osamdesetih godina prošlog veka, analiza DNK skvence je bila tek početak. Naravno, mislio je Svante Pääbo, neko je morao da proba da izoluje i analizira DNK iz egipatskih mumija? “Znao sam sa svojih studija egiptologije da postoje hiljade mumija u muzejima i još stotine otkrivenih svake godine u Egiptu.

Slika dobijena od sculpies / iStockphoto

Čini se da nije postojalo ništa u literaturi o izolovanju DNK iz njih, pa sam počeo samostalno da radim na tome.” Znajući da njegov mentor na doktorskim studijama neće to odobriti, obratio se za pomoć bivšem profesoru egiptologije i zatim je radio u laboratoriji noću i vikendima. Rezultat je bio san svakog mladog naučnika: članak u časopisu Nature (Pääbo, 1985).

Nakon doktorskih studija i na temelju njegovog članka u Nature, Svante Pääbo je prešao na Berkli na Kalifornijskom univerzitetu, SAD (University of California at Berkeley). Tada je počeo da shvata kako je teško izbeći kontaminaciju radeći na drevnim ljudskim uzorcima – drugim rečima, da li je DNK koju je izolovao iz mumija zaista bila DNK drevnog Egipćanina, ili je sekvencirao DNK prethodnih antropologa? On se stoga koncentrisao na izolovanje DNK iz drugih drevnih primeraka, uključujući one od izumrlog torbarskog vuka i moe – džinovske ptice neletačice.

Iskopavanja na lokalitetu gde je ‘Ötzi’ pronađena u Ötztal Alpima Slika dobijena od South Tyrol Museum of Archaeology

‘Ötzi’,5000 godina staro telo pronađeno 1991. očuvano u ledu Ötztal Alpa Slika dobijena od South Tyrol Museum of Archaeology

Kada je 1990. prešao na Minhenski univerzitet u Nemačkoj (University of Munich), kako bi postao profesor sa samo 35 godina, nastavio je da radi na DNK drevnih organizama, uključujući i mamute. Pojava lančane polimerazne reakcije (PCR) omogućila je naučnicima da brzo replikuju uzorke DNK, što je olakšalo proveru na DNK kontaminaciju sprovođenjem mnogih identičnih eksperimenata i korišćenjem kontrola. To je ohrabrilo profesora Pääbo da opet počne rad na drevnoj ljudskoj DNK. Ovoga puta, on je bio deo tima koji je istraživao DNK jednog od drevnih egipatskih savremenika Evropljana: ‘Ötzi’, 5000 godina staro telo nađeno očuvano u ledu Ötztal Alpa na austrijsko-italijanskoj granici 1991. godine.

Inspirisan uspehom istraživanja koje je pokazalo da je Ötzina mitohondrijalna DNK (vidi dijagram dole) bila veoma slična istoj kod savremenih centralno- i severnoevropskih populacija (Handt et al., 1994), Svante Pääbo je otišao još dalje natrag kroz vreme– oko 38 000 godina u prošlost. Želeo je da iskoristi DNK analizu da istraži ljudsko poreklo.

“Jedno od velikih saznanja u ovoj oblasti u proteklih 20 godina je da su savremeni ljudi relativno nedavno došli iz Afrike,” objašnjava professor Pääbo. Iako mnogo manje ljudi živi u Africi nego izvan Afrike, ukoliko pogledamo varijacije u DNK sekvencama, uviđamo da većina varijacija postoji u Africi, a sve izvan Afrike je podtip te varijacije. Ispostavlja se da je tokom proteklih 100 000 godina grupa Afrikanaca napustila Afriku i kolonizovala ostatak sveta. Tako da ja volim da kažem kako smo svi mi Afrikanci sa tačke gledišta molekularne genomike; bez obzira da li živimo u Africi ili smo nedavno prognani.”

Ali savremeni ljudi, Homo sapiens, nisu bili jedini koji su postojali u to vreme. Naši rođaci su lutali Evropom i zapadnom Azijom (Bliski i Srednji istok) još pre oko 300 000 do 30 000 godina: Neandertalci, H. neanderthalensis.

Od otkrića nekih ljudskih kostiju čudnog izgleda u Neandertalskoj dolini blizu Dizeldorfa 1856. godine u Nemačkoj, kontroverza je harala nad sudbinom Neandertalaca. Da li su savremeni ljudi kada su migrirali iz Afrike u Evropu ubili Neandertalce? Proterali ih? Ili su se ukrštali sa njima? Kada mi Evropljani pogledamo sliku Neandertalca, da li gledamo u jednog od naših dalekih predaka? Svante Pääbo i njegove kolege rešili su da saznaju, poredeći DNK izolovanu iz kostiju 38 000 godina starog neandertalskog primerka sa DNK iz različitih populacija savremenih ljudi.

Šta se dogodilo kada su se savremeni ljudi sreli sa Neandertalcima? Slika dobijena od Neanderthal Museum, Nemačka

Rezultati su bili fascinantni: neafrički savremeni ljudi poseduju neke DNK sekvence koje su slične neandertalskim, ali koje nisu pronađene i kod Afrikanaca. Zapravo, podaci naučnika sugerišu da između 1 i 4 % genoma neafrikanaca potiče od Neandertalaca (Noonan et al., 2006).

“Najjednostavije objašnjenje je to da su savremeni ljudi, kada su prvi put napustili Afriku, prošli kroz Srednji Istok i onda nastavili i kolonizovali ostatak sveta. Na Srednjem Istoku su se savremeni ljudi ukrštali sa Neandertalcima i njihovi potomci preneli neandertalske DNK sekvence – u Australiju ili Papuu Novu Gvineju, ili Ameriku,” objašnjava profesor Pääbo. Samo su afričke populacije bile nepromenjene (vidi dijagram ispod).

“Ono što je meni fascinantno je to da sa analizom DNK sekvence možemo odgovoriti na pitanja koja ne možemo odgonetnuti posmatrajući skelete prvih ljudi ili kamenih alatki koje su oni ostavili za sobom.”

Od 1997., veran svojoj ranoj fascinaciji ljudskim poreklom, profesor Pääbo je direktor Instituta za evolucionu antropologiju Maks Plank u Lajpcigu, Nemačka (Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology)

Slika dobijena od South Tyrol Museum of Archaeology / Kennis / Ochsenknecht

Tamo istraživači iz prirodnih i društvenih nauka istražuju istoriju ljudske vrste poredeći gene, kulture, kognitivne sposobnosti, jezike i socijalne sisteme prošlih i sadašnjih ljudskih populacija, kao i primate u bliskoj vezi sa ljudskim bićima. Kako, pitam ga, sprovodi svoje istraživanje? “ Moj rad je u laboratoriji, ali mi sarađujemo sa ljudima koji iskopavaju kosti ili sa kustosima muzeja koji dobijaju te kosti. I sve je naglašenije da je, zato što možemo posmatrati ne samo male delove DNK već i cele genome, veoma važno analizirati podatke pomoću kompjutera.” Svante Pääbo, aktivni istraživač u laboratoriji, smatra da je ovo ponekad frustrirajuće. “Nisam baš upućen u sve detalje iz bioinformatike, tako da sam u rukama onih ljudi koji znaju. Sada kada obučavamo naše studente, trudimo se da nauče obe strane: mladi naučnici koji pre svega rade sa računarima treba da provedu neko vreme u laboratoriji kako bi razumeli šta se dešava, i obrnuto. ”

@EIROforum: ESRF istraživanje Jedna od najuzbudljivijih upotreba veoma jakih X-zraka stvorenih u Evropskom postrojenju za sinhrotronsko zračenje (ESRF)w2 je neinvazivno proučavanje fosila. Fosilni zubi posebno sadrže suštinsku informaciju jer se mogu koristiti za određivanje tačnog uzrasta mladih jedinki u trenutku smrti: brojanjem dnevnog prirasta linija u zubnoj gleđi. Izvanredan nalaz novijih studija je da su Neandertalci odrastali znatno brže od savremenih ljudi, H. sapiens, uključujući i neke od najranijih grupa koje su živele u Africi pre 90-100 000 godina. Izgleda da je obrazac pronađen kod Neandertalaca, H. neanderthalensis, posrednik između onog pronađenog kod prvih članova roda (npr. H. erectus) i savremenih ljudi (H. sapiens). Ovo sugeriše da su spor razvoj i dugo detinjstvo karakteristike H. sapiens i da je rod Homo prešao sa primitivnog stanja ‘živi brzo i reprodukuj se mlad’ na strategiju ‘rasti sporo i uči od svojih roditelja’, koja je pomogla savremenim ljudima da dostignu svoj trenutni položaj na našoj planeti.

Kako biste saznali više, pogledajte saopštenje za javnost^w3 (izjavu za štampu) ili originalne naučne radove: Macchiarelli et al. (2006) i Smith et al. (2010).

ESRF je jedna od članica EIROforum^w4, izdavača Science in School.

Trenutno, profesor Pääbo radi na jednom još daljem čovekovom rođaku nego što je Neandertalac. Na prvi pogled, on i njegove kolege su imali malo toga na osnovu čega bi izvukli zaključke: samo vrh male kosti prsta, pronađene u južnom Sibiru. Naučnici su znali da je ova kost pripadala nekoj vrsti hominida – ili ljudske forme – ali u početku su znali samo nešto malo o tome. Kako je ta vrsta izgledala? Koliko je bila rasprostranjena? Da li je to mogao biti tip hominida pronađenog širom Azije, dok su Neandertalci bili ograničeni na zapadnije regije?

Naučnici su započeli sekvenciranjem mitohondrijalnog genoma i uvideli da se on veoma razlikovao i od onog kod savremenog čoveka i kod Neandertalca. Poređenjem DNK sekvenci tri grupe bili su u stanju da procene koliko davno su one počele da evoluiraju u različitim pravcima. (Da biste naučili kako ovo da uradite u učionici, pogledajte Kozlowski, 2010.)

Slika dobijena od Mauricio Antón / PLoS Biology

S obzirom na to da je poslednji zajednički predak Neandertalaca i savremenih ljudi živeo pre pola miliona godina, misteriozni hominid odvojio se od neandertalsko – ljudskog pretka pre oko milion godina. Taj mali fragment kosti je zapravo pripadao veoma dalekom čovekovom rođaku.

Ovo je prvi put da je novi hominid potpuno opisan putem svoje DNK sekvence, ali Svante Pääbo veruje da će takve analize postati sve popularnije. “Ovaj mali koštani fragment teško da sadrži ikakvu informaciju o tome kako je jedinka izgledala, ali ukoliko je dovoljno dobro očuvan, naš naredni korak će biti da rekonstruišemo čitav genom iz njega. Mislim da ćemo u budućnosti opisati novootkrivene organizme putem njihove DNK pre nego na osnovu njihovog spoljašnjeg izgleda.”

Ovaj članak je zasnovan na inervjuu sa Svante Pääbo u Evropskoj laboratoriji za molekularnu biologiju u junu 2010.

Reference

Handt O et al. (1994) Molecular genetic analyses of the Tyrolean ice man. Science 264(5166): 1775-1778. doi: 10.1126/science.8209259

Kozlowski C (2010) Bioinformatics with pen and paper: building a phylogenetic tree. Science in School 17: 28-33. www.scienceinschool.org/2010/issue17/bioinformatics

Macchiarelli R et al. (2006) How Neanderthal molar teeth grew. Nature 444: 748-751. doi:10.1038/nature05314

Ovde besplatno skinite članak, ili se danas pretplatite na Nature: www.nature.com/subscribe

Noonan JP et al. (2006) Sequencing and analysis of Neanderthal genomic DNA. Science 314(5802): 1113-1118. doi: 10.1126/science.1131412

Pääbo S (1985) Molecular cloning of ancient Egyptian mummy DNA. Nature 314(6012): 644-645. doi: 10.1038/314644a0

Ovde besplatno skinite članak, ili se danas pretplatite na Nature: www.nature.com/subscribe

Rau M (2010) Science is a collective human adventure: interview with Pierre Léna. Science in School 14: 10-15. www.scienceinschool.org/2010/issue14/pierrelena

Smith TM et al. (2010) Dental evidence for ontogenetic differences between modern humans and Neanderthals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107(49): 20923-20928. doi: 10.1073/pnas.1010906107

Ovaj članak sa otvorenim pristupom besplatno je dostupan na internetu.

Internet reference

w1 – Za virtuelni obilazak nove zgrade u Evropskoj laboratoriji za molekularnu biologiju (EMBL), Evropske vodeće (najznačajnije) laboratorije za osnovna istraživanja u molekularnoj biologiji u Hajdelbergu, Nemačka, posetite: www.embl.de/events/atc/tour

EMBL je članica EIROforum^w4, izdavača Science in School. Kako biste saznali više, posetite www.embl.org

w2 – Internacionalni istraživački centar u Grenoblu, Francuska, ESRF stvara snopove X-zraka visokog sjaja, koji služe hiljadama naučnika iz celog sveta svake godine. Kako biste saznali više, pogledajte: www.esrf.eu

w3 - Saopštenja za javnost (izjave za štampu) o ESRF istraživanju o Neandertalcima su dostupna na vebsajtu^w2 ESRF ili putem direktnih linkova http://tinyurl.com/neanderteeth i http://tinyurl.com/neanderkids

w4 – Za više informacija o EIROforum, pogledajte: www.eiroforum.org

Izvori

Kako biste saznali više o nekim radovima Svante Pääbo na evoluciji primata, pogledajte zanimljiv izmišljeni dijalog između antičkogrčkog filozofa Demokrita i njegovog učenika: www.embl.de/aboutus/science_society/writing_prize/2002_jekely_brochure.pdf

Za više o tome šta nam može reći naša DNK o evoluciji čoveka, pogledajte sledeće članke nekih od skorašnjih studenata Svante Pääbo na doktorskim studijama:

Bryk J (2010) Natural selection at the molecular level. Science in School 14: 58-62. www.scienceinschool.org/2010/issue14/evolution

Bryk J (2010) Human evolution: testing the molecular basis. Science in School 17: 11-16. www.scienceinschool.org/2010/issue17/evolution

Za pregled izmišljenog izveštaja o Neandertalcima, pogledajte:

Madden D (2008) Review of Dance of the Tiger. Science in School 8: 68. www.scienceinschool.org/2008/issue8/dance

Kako biste saznali kako studije X-zraka u ESRF mogu da rasvetle evoluciju i migraciju daljih ljudskih predaka, pogledajte:

Tafforeau P (2007) Synchrotron light illuminates the orang-utan’s obscure origins. Science in School 5: 24-27. www.scienceinschool.org/2007/issue5/orangutan

Za više informacija o ‘Ötzi’, pogledajte vebsajt Arheološkog muzeja u Južnom Tirolu, gde je očuvan ledeni čovek: www.iceman.it

Da biste pretražili Science in School članci o evoluciji, pogledajte: www.scienceinschool.org/evolution

Ukoliko ste uživali u ovom članku, možda će vam se dopasti drugi stručni članci u Science in School. Pogledajte: www.scienceinschool.org/features

Dr Eleanor Hayes je glavni urednik Science in School. Studirala je zoologiju na Univerzitetu u Oksfordu, Ujedinjeno Kraljevstvo (University of Oxford), i doktorirala ekologiju insekata. Potom je neko vreme provela radeći u upravi univerziteta pre prelaska u Nemačku i u naučno izdavaštvo, u početku za bioinformatičku kompaniju i zatim za učeno društvo. 2005. godine prešla je u Evropsku laboratoriju za molekularnu biologiju kako bi uređivala Science in School.

Recenzija

Inovativna nauka ne govori samo o budućnosti – moderna tehnologija može takođe produbiti razumevanje prošlosti. Ovaj članak o tome kako proučavanje genoma doprinosi arheološkim istraživanjima upotrebljava se na predavanjima iz biologije da zainteresuje učenike za genetiku i evoluciju. Takođe može obrazovati polaznu tačku nekog interdisciplinarnog istraživanja povezujući biologiju i istoriju, možda koristeći ‘Ötzi’.

Pogodna pitanja za razumevanje i proširivanje znanja:

1. Koristeći svoje znanje o strukturi DNK, prokomentarišite arhitekturu zgrade u obliku DNK.


2. Objasnite PCR tehnologiju.


3. Objasnite dokaz za tvrdnju “da smo svi Afrikanci sa tačke gledišta molekularne genomike”.


4. Objasnite kako su naučnici sekvencirali mitohondrijalni genom. Zašto su se više usredsredili na mitohondrijalni nego na jedarni genom?

Članak bi takođe mogao biti upotrebljen kao osnova za diskusije, na primer o:

• Važnosti kopija eksperimenata i kontrola (zašto je PCR bio tako važan)
• Razvoju naučnog znanja (za pojedinca ili ljude uopšteno – takođe pogledajte Rau, 2010)
• Interdisciplinarnosti nauke
• Etici (bez obzira na razlike poput boje kože, ‘mi smo svi Afrikanci’)

Betina da Silva Lopes, Portugal

---

Preporuke stručnjaka: Biologija, Istorija, Etika, Genetika, Evolucija Uzrast 16+