DNA indeholder historien om vores herkomst – hvordan vi er relateret til de velkendte ansigter ved familiesammenføringer såvel som mere gamle anliggender: hvordan vi er relateret til vores nærmeste ikke-menneskelige slægtninge, chimpanser; hvordan Homo sapiens parrede sig med neandertalere; og hvordan folk vandrede ud af Afrika og tilpassede sig nye miljøer og livsstil undervejs. Og vores DNA indeholder også spor om tidspunktet for disse vigtige begivenheder i menneskelig udvikling.

Når forskere siger, at moderne mennesker opstod i Afrika for omkring 200.000 år siden og begyndte deres globale spredning for omkring 60.000 år siden, Hvordan kommer de op med disse datoer? Traditionelt byggede forskere tidslinjer for menneskelig forhistorie baseret på fossiler og artefakter, som kan dateres direkte med metoder såsom radiocarbon dating og kalium-argon dating. Imidlertid kræver disse metoder, at gamle rester har visse elementer eller bevaringsbetingelser, og det er ikke altid tilfældet. I øvrigt, relevante fossiler eller artefakter er ikke blevet opdaget for alle milepæle i menneskelig udvikling.analyse af DNA fra nutidige og gamle genomer giver en komplementær tilgang til dating evolutionære begivenheder. Fordi visse genetiske ændringer forekommer med en jævn hastighed pr.generation, giver de et skøn over den forløbne tid. Disse ændringer tilfalder som flåterne på et stopur, tilvejebringelse af et “molekylært ur.”Ved at sammenligne DNA-sekvenser kan genetikere ikke kun rekonstruere forholdet mellem forskellige populationer eller arter, men også udlede evolutionær historie over dybe tidsplaner.

molekylære ure bliver mere sofistikerede takket være forbedret DNA-sekventering, analytiske værktøjer og en bedre forståelse af de biologiske processer bag genetiske ændringer. Ved at anvende disse metoder til den stadigt voksende database med DNA fra forskellige populationer (både nutidige og gamle) hjælper genetikere med at opbygge en mere raffineret tidslinje for menneskelig udvikling.

hvordan DNA akkumulerer ændringer

molekylære ure er baseret på to vigtige biologiske processer, der er kilden til al arvelig variation: mutation og rekombination.

mutationer er ændringer i bogstaverne i DNA ‘ s genetiske kode – for eksempel bliver et nukleotid guanin (G) en thymin (T). Disse ændringer vil blive arvet af fremtidige generationer, hvis de forekommer i æg, sæd eller deres cellulære forstadier (kimlinjen). De fleste skyldes fejl, når DNA kopierer sig selv under celledeling, selvom andre typer mutationer forekommer spontant eller fra eksponering for farer som stråling og kemikalier.

i et enkelt humant genom er der omkring 70 nukleotidændringer pr.generation – minuscule i et genom bestående af seks milliarder bogstaver. Men samlet set fører disse ændringer gennem mange generationer til betydelig evolutionær variation.

forskere kan bruge mutationer til at estimere tidspunktet for grene i vores evolutionære træ. Først sammenligner de DNA-sekvenserne af to individer eller arter og tæller de neutrale forskelle, der ikke ændrer ens chancer for overlevelse og reproduktion. Derefter ved at kende hastigheden af disse ændringer, kan de beregne den tid, der er nødvendig for at akkumulere så mange forskelle. Dette fortæller dem, hvor længe det er siden individerne delte forfædre.sammenligning af DNA mellem dig og dit søskende ville vise relativt få mutationsforskelle, fordi du deler forfædre – mor og far – for bare en generation siden. Der er dog millioner af forskelle mellem mennesker og chimpanser; vores sidste fælles forfader levede for over seks millioner år siden.

rekombination, også kendt som krydsning, er den anden vigtigste måde, DNA akkumulerer ændringer over tid. Det fører til blanding af de to kopier af genomet (en fra hver forælder), som er bundtet i kromosomer. Under rekombination stiller de tilsvarende (homologe) kromosomer op og udveksler segmenter, så det genom, du videregiver til dine børn, er en mosaik af dine forældres DNA.

hos mennesker forekommer omkring 36 rekombinationshændelser pr.generation, en eller to pr. kromosom. Da dette sker hver generation, bliver segmenter, der er arvet fra et bestemt individ, opdelt i mindre og mindre bidder. Baseret på størrelsen på disse bidder og hyppigheden af crossovers, genetikere kan estimere, hvor længe siden denne person var din forfader.

Bygningstidslinjer baseret på ændringer

genetiske ændringer fra mutation og rekombination giver to forskellige ure, der hver er velegnede til datering af forskellige evolutionære begivenheder og tidsskalaer.

fordi mutationer akkumuleres så langsomt, fungerer dette ur bedre til meget gamle begivenheder, som evolutionære splittelser mellem arter. Rekombinationsuret tikker derimod med en hastighed, der passer til datoer inden for de sidste 100.000 år. Disse” nylige ” begivenheder (i evolutionær tid) inkluderer genstrømning mellem forskellige humane populationer, stigningen i gavnlige tilpasninger eller fremkomsten af genetiske sygdomme.sagen om neandertalere illustrerer, hvordan mutations-og rekombinationsklokkene kan bruges sammen for at hjælpe os med at udrede komplicerede forfædres forhold. Genetikere vurderer, at der er 1,5-2 millioner mutationsforskelle mellem neandertalere og moderne mennesker. Anvendelse af mutationsuret til dette antal antyder, at grupperne oprindeligt splittede mellem 750.000 og 550.000 år siden.

på det tidspunkt var en befolkning – de fælles forfædre for begge menneskelige grupper – adskilt geografisk og genetisk. Nogle individer i gruppen migrerede til Eurasien og udviklede sig over tid til neandertalere. De, der blev i Afrika, blev anatomisk moderne mennesker.

men deres interaktioner var ikke forbi: Moderne mennesker spredte sig til sidst til Eurasien og parrede sig med neandertalere. Ved at anvende rekombinationsuret på Neanderthal DNA, der er tilbageholdt i nutidens mennesker, vurderer forskere, at grupperne blandede sig mellem 54.000 og 40.000 år siden. Da forskere analyserede et Homo sapiens-fossil, kendt som Oase 1, der levede for omkring 40.000 år siden, fandt de store regioner af Neanderthal-forfædre indlejret i Oase-genomet, hvilket tyder på, at Oase havde en Neanderthal-forfader for kun fire til seks generationer siden. Med andre ord var oases oldeforældre en neandertaler.

udfordringerne ved ustabile ure

molekylære ure er en grundpille i evolutionære beregninger, ikke kun for mennesker, men for alle former for levende organismer. Men der er nogle komplicerende faktorer.

den største udfordring stammer fra det faktum, at mutations-og rekombinationshastigheder ikke har været konstante over menneskelig udvikling. Satserne selv udvikler sig, så de varierer over tid og kan variere mellem arter og endda på tværs af menneskelige populationer, omend ret langsomt. Det er som at prøve at måle tid med et ur, der tikker i forskellige hastigheder under forskellige forhold.

et problem vedrører et gen kaldet Prdm9, som bestemmer placeringen af disse DNA-crossover-begivenheder. Variation i dette gen hos mennesker, chimpanser og mus har vist sig at ændre rekombination hotspots – korte regioner med høje rekombinationshastigheder. På grund af udviklingen af Prdm9 og hotspots varierer rekombinationshastighederne i fin skala mellem mennesker og chimpanser og muligvis også mellem afrikanere og europæere. Dette indebærer, at rekombinationsuret over forskellige tidsskalaer og på tværs af populationer tikker i lidt forskellige hastigheder, når hotspots udvikler sig.

et andet problem er, at mutationshastigheder varierer efter køn og alder. Når fædre bliver ældre, overfører de et par ekstra mutationer til deres afkom om året. Sæd fra ældre fædre har gennemgået flere runder af celledeling, så flere muligheder for mutationer. 0,25 om året), da en kvindes æg for det meste dannes alle på samme tid, før hendes egen fødsel. Mutationshastigheder afhænger også af faktorer som pubertetens begyndelse, alder ved reproduktion og sædproduktionshastighed. Disse livshistoriske træk varierer på tværs af levende primater og adskiller sig sandsynligvis også mellem uddøde arter af menneskelige forfædre.

derfor synes den gennemsnitlige mutationshastighed i løbet af den menneskelige udvikling at være aftaget betydeligt. Den gennemsnitlige rate over millioner af år siden splittelsen af mennesker og chimpanser er blevet estimeret til ca.1h10⁻mutationer pr. sted pr. år – eller ca. seks ændrede DNA-bogstaver pr. år. Denne hastighed bestemmes ved at dividere antallet af nukleotidforskelle mellem mennesker og andre aber efter datoen for deres evolutionære splittelser, som udledt af fossiler. Det er som at beregne din kørehastighed ved at dividere den tilbagelagte afstand efter den tid, der er gået. Men når genetikere direkte måler nukleotidforskelle mellem levende forældre og børn (ved hjælp af menneskelige stamtavler), er mutationshastigheden halvdelen af det andet skøn: ca.0, 5h10 % pr.

for divergensen mellem neandertalere og moderne mennesker giver den langsommere hastighed et skøn mellem 765.000-550.000 år siden. Den hurtigere sats vil dog foreslå halvdelen af den alder, eller 380.000-275.000 år siden: en stor forskel.

for at løse spørgsmålet om, hvilke satser der skal bruges hvornår og på hvem, har forskere udviklet nye molekylære urmetoder, der adresserer udfordringerne ved at udvikle mutations-og rekombinationshastigheder.

nye tilgange til bedre dating

en tilgang er at fokusere på mutationer, der opstår med en jævn hastighed uanset køn, alder og Art. Dette kan være tilfældet for en særlig type mutation, som genetikere kalder CpG – overgange, hvorved C-nucelotiderne spontant bliver T ‘ er. fordi CpG-overgange for det meste ikke skyldes DNA-kopieringsfejl under celledeling, bør deres satser hovedsageligt være uafhængige af livshistorievariabler-og formodentlig mere ensartede over tid. med fokus på CpG-overgange estimerede genetikere for nylig opdelingen mellem mennesker og chimpanser for at have fundet sted mellem 9, 3 og 6, 5 millioner år siden, hvilket stemmer overens med den forventede Alder fra fossiler. Mens der i sammenligninger på tværs af arter synes disse mutationer at ske mere som urværk end andre typer, er de stadig ikke helt stabile.

en anden tilgang er at udvikle modeller, der justerer molekylære urhastigheder baseret på køn og andre livshistoriske træk. Ved hjælp af denne metode, forskere beregnet en chimpanse-menneskelig divergens i overensstemmelse med CpG-estimatet og fossile datoer. Ulempen her er, at når det kommer til forfædres arter, kan vi ikke være sikre på livshistoriske træk, som alder ved pubertet eller generationslængde, hvilket fører til en vis usikkerhed i estimaterne.

den mest direkte løsning kommer fra analyser af gammelt DNA udvundet fra fossiler. Fordi de fossile prøver dateres uafhængigt af geologiske metoder, genetikere kan bruge dem til at kalibrere de molekylære ure i en given tidsperiode eller befolkning.

denne strategi løste for nylig debatten om tidspunktet for vores divergens med neandertalerne. I 2016 ekstraherede genetikere gammelt DNA fra 430.000 år gamle fossiler, der var Neanderthal forfædre, efter at deres slægt splittede sig fra Homo sapiens. At vide, hvor disse fossiler hører hjemme i det evolutionære træ, genetikere kunne bekræfte det for denne periode med menneskelig udvikling, den langsommere molekylære urhastighed på 0, 5h10⁻UK giver nøjagtige datoer. Det sætter den Neanderthal-moderne menneskelige splittelse mellem 765.000 til 550.000 år siden.som genetikere sortere ud snørklede af molekylære Ure og sekvens flere genomer, er vi klar til at lære mere end nogensinde om menneskelig evolution, direkte fra vores DNA.