Evolutia „Chumanzee”: dorinta de diverge si imbinare

  • Todd R Disotell1 

Genome Biology volume 7 , Numarul articolului: 240 (2006) Citati acest articol

  • Accesari 5007

  • 9 Referinte

  • 0 Altmetric

  • Detalii metrice

Abstract

O analiza recenta a genomului uman si a cimpanzeului in comparatie cu portiuni de alte genomuri primate sugereaza ca divergenta liniei umane si a cimpanzeilor inceputa in urma cu aproximativ 6 milioane de ani nu a fost o simpla scindare curata.

Presa populara si stiintifica a oferit o acoperire extinsa analizei recente de Patterson si colab . [1] din genomul uman si cimpanzeu, in care concluzioneaza ca, dupa divizarea initiala, linia noastra a continuat sa se hibrideze cu cimpanzeii mai mult de un milion de ani. In timp ce Washington Post a remarcat ca „stramosii umani s-au potolit cu cimpanzeii” [2], Slate.com a intrebat mai raspicat: „Oamenii s-au imperecheat cu cimpanzeii? Si suntem urmasii lor?” [3].

Avand in vedere asemanarea extraordinara a cimpanzeului si a genomului uman, oamenii de stiinta si publicul deopotriva au pus deseori astfel de intrebari. O revizuire extinsa a literaturii nu a facut inca sa prezinte un raport credibil al unor astfel de incrucisari. In anii 1920, un om de stiinta sovietic, Il’ya Ivanovich Ivanov, cu asistenta Institutului Pasteur la una dintre statiile lor de camp din Guineea Franceza, a inseminat artificial fara succes trei cimpanzee cu sperma umana [4]. A incercat apoi sa-si continue experimentele in centrul primatelor de la Sukhum, in Republica Sovietica a Georgiei de atunci, unde a intentionat sa insemine artificial voluntari umani cu sperma. El a fost arestat de politia secreta sovietica pentru acuzatii care nu au legatura cu acest proiect si nu a fost niciodata in stare sa-l indeplineasca [4].

Prin propriile eforturi de secventiere si extragere a datelor, Patterson si colab. [1] au reunit o aliniere de secvente umane, cimpanzee, gorila, orangutan si macaque care acopera aproape 20 Mb, de 800 de ori mai mare decat orice analiza anterioara. Dar nu este important doar dimensiunea setului de date, ci distributia filogenetica. Cele mai recente analize ale genomului uman si al cimpanzeului le compara cu genomul soarecului, care pare sa evolueze intr-un ritm diferit si sub constrangeri diferite. Adaugand gorila foarte stransa, orangutanul moderat apropiat si macacul ceva mai indepartat, timpul si procesele evolutiei primate pot fi studiate mai eficient. Este dificil, pana aproape imposibil, sa deducem daca un eveniment evolutiv a avut loc pe linia umana sau a cimpanzeului, cu exceptia cazului in care sunt disponibile secvente de primate relativ inrudite.

Array

Deoarece genomii nostri nu sunt mosteniti clonal, ci in bucati de la fiecare dintre parintii nostri, fiecare regiune independenta a genomului poate avea propria sa istorie usor diferita. Diferitele segmente pot fi mostenite de la stramosi din diferite regiuni geografice ale lumii, facand stramosii cuiva un amalgam de istorii diferite. Acelasi lucru este valabil si la nivelul speciilor – diferite regiuni ale genomului vor avea istorii evolutive diferite. Mai mult, diferitele regiuni ale genomului evolueaza in ritmuri diferite si au constrangeri selective diferite. Astfel, atunci cand comparati doua secvente de ADN, nu masurati neaparat diferentele la nivel de specie intre proprietarii lor (Figura 1). Cea mai buna modalitate de a masura diferenta globala intre doua specii este prin analiza multor regiuni diferite ale genomului.si colab . [1] a facut-o.

figura 1

Timpurile de divergenta genetica pot varia in diferite regiuni ale unui genom. Indivizii din fiecare generatie sunt reprezentati prin patrate deschise, liniile de legatura reprezinta transmiterea alelelor de la o generatie la alta. In timp ce speciatia completa are loc atunci cand membrii populatiilor fiice nu mai sunt imbracati (timpul de divergenta neagra), regiunile individuale ale genomului din cele doua specii fiice (de exemplu, regiunile verzi, albastre si rosii) pot impartasi relatii mai vechi, asa cum este indicat de orele de divergenta corespunzatoare rosu, albastru si verde din dreapta. Adaptat de la Hennig [11].

Ei au descoperit o cantitate considerabila de variatie a cantitatii de divergenta intre diferite regiuni ale genomului oamenilor si cimpanzeilor. Aplicand tehnici de datare moleculara pentru fiecare din aceste regiuni, au dedus ca speciatia umana si cimpanzeul a avut loc cu mai putin de 6,3 milioane de ani in urma. In functie de punctele de calibrare utilizate pentru estimarea acestei date, acesta ar putea fi la fel de recent ca acum 5,4 milioane de ani.

Array

Acest lucru ar putea fi important daca intretinerea actuala a celei mai favorizate inregistrari a fosilelor se mentine. In aceasta interpretare, speciile fosile Sahelanthropus tchadensis, datat in urma cu 6,5 pana la 7,4 milioane de ani, este considerat a fi o hominina [5]. Adica cade pe linia umana dupa divergenta cimpanzeilor si a oamenilor. Are caracteristici dentare similare cu alte hominine fosile si este dedus a fi bipedal ca toate celelalte hominine, si spre deosebire de cimpanzee. O alta specie fosila, Orrorin tugensis , este de asemenea dedusa a fi o hominina bipedala care dateaza in urma cu aproximativ 5,8 milioane de ani. Astfel, daca una sau ambele dintre aceste specii ar fi intr-adevar adevarate hominine, acestea ar contrazice o data de 6,3 milioane de ani sau mai tanara pentru impartirea dintre oameni si cimpanzee. Cu toate acestea, statutul de hominina al acestor fosile nu este absolut sigur si mai multi cercetatori contesta bipedalitatea lor.

Mai interesant, Patterson si colab. [1] a constatat ca cantitatea de divergenta moleculara (proportia de nucleotide care difera intre om si cimpanzee) intre orice regiune varia intre 84% si 147% din nivelul mediu general de divergenta. Mai mult, ei au descoperit ca secventele de la cromozomul X s-au divergent una de la alta cu doar 83,5% din divergenta totala medie, in loc de divergenta de aproximativ 93% pe care au dedus-o din modelarea cromozomului X. Un grad mai mic de divergenta este de asteptat in secventele de pe cromozomul X, deoarece numarul de copii ale cromozomului X intr-o populatie a oricarei specii primate este de doar trei sferturi din numarul de copii ale oricarui autosom. Marimea efectiva a populatiei mai mica a cromozomului X va putea sa genereze si sa mentina o cantitate mai mica de variatie. Acelasi lucru este valabil, dar chiar mai mult, pentru cromozomul Y si genomul mitocondrial, ale caror dimensiuni efective ale populatiei sunt doar un sfert din cele ale autosomilor. Petersonsi colab . [1] interpreteaza aceasta cantitate redusa de variatie pe cromozomul X pentru a insemna ca oamenii si cimpanzeii schimbau in continuare cromozomi X la 1,2 milioane de ani de la separarea speciilor (figura 2).

De aici, titlurile cimpanzeilor ancestrali si ale imperecherii umane.

Figura 2

Scenariul propus de Patterson et al . [1] pentru impartirea cimpanzeului uman. O divergenta initiala intre firele umane si cimpanzeu a fost urmata de o perioada de hibridizare si, in cele din urma, de specializare completa. Mya, acum un milion de ani.

Daca cimpanzeii si oamenii s-au hibridizat timp de peste un milion de ani dupa „impartirea” lor, acest lucru ar putea presupune ca linia umana timpurie a mentinut inca cariotul 2 n = 48 gasit printre marii maimuti (oamenii moderni au 2 n = 46). O astfel de speculatie ar putea explica si lipsa aparenta de hibridizare gasita intre oamenii moderni si neandertalii extinsi foarte strans [6]. Daca populatia care a condus la descendenta umana moderna a suferit ulterior un eveniment de fuziune cromozomiala, oferindu-ne cariotipul nostru 2 n = 46, in timp ce linia Neanderthalului a pastrat 2 n = 48, poate ca oamenii moderni nu s-ar putea imbraca cu succes cu neandertalii.

Inapoi pe un teren mai ferm, o impartire potential dezordonata intre oameni si cimpanzee nu ar trebui sa fie surprinzatoare, avand in vedere alte exemple din primatele de ordin. Cruci inter-specii si hibrizi sunt foarte frecvente in randul maimutelor din Lumea Veche. De exemplu, speciile Macaca arctoides s-au putut forma prin hibridizarea altor doua specii, Macaca fascicularis si speciile care au dat nastere la M. thibetana si M. assamensis [7]. Diferitele specii de babuini, care initial s-au impartit cu aproape doua milioane de ani in urma, se hibridizeaza in mod regulat in salbaticie oriunde se intalnesc intervalele adiacente [8] si sunt cunoscute aproape toate combinatiile posibile de cruci. Sunt cunoscuti si hibrizi intergenerici fertili. Intr-un caz, urmasii unuiTheropithecus gelada si un babuin Papio hamadryas au produs ulterior descendente intr-un spatiu zoologic, iar astfel de hibrizi sunt, de asemenea, cunoscuti in mod natural [9]. Inca si mai indepartate incrucisari dintre Papio hamadryas si Macaca mulatta au fost produse in scopuri in captivitate, dar urmasii care rezulta, desi sanatosi, au fost infertili [10]. Astfel, potentialul de hibridizare a doua linii nou divizate, chiar daca apartin a doua genuri diferite, nu ar trebui sa fie atat de socant. Ceea ce este mai interesant este motivul pentru care nu se imbina liniile, decat sa continue pe propriile lor traiectorii evolutive.

S-a propus ca multi membri ai radiatiilor adaptive la hominina (specii mai strans legate de oameni decat de cimpanzei) ar fi fost capabili sa se amestece. Acest lucru ar fi deosebit de probabil pentru randurile care s-au despartit recent sau care au parte de stramosi intr-un interval de, de exemplu, de doua milioane de ani, precum babuinii [8]. Imaginarea potentialului intrepatrundere in cadrul unei ferestre de divergenta glisante de un sau doua milioane de ani poate deveni mai frecventa decat presupunerea ca speciile se impart cumva curat si aproape instantaneu (Figura 3), chiar daca va da dureri mari de cap celor care incearca sa delimiteze exact si denumiti astfel de specii.

Figura 3

Evolutia homininei. Casetele reprezinta perioadele de timp in care se crede ca a existat specia indicata. Trei ferestre ipotetice de 1,5 milioane de ani de potential intrebuintare intre speciile de hominina sunt indicate prin umbrirea cenusie. Adaptat din lemn [12].

Concluziile extrase din analiza lui Patterson si colab . [1] asteapta acum testarea cu completarea genomelor primate suplimentare. In cadrul lucrarilor este planificata o secventiere a genomelor unei gorile, orangutan, gibbon, babuin, marmoset si tufa. Totusi, imbunatatirea teoriilor noastre despre istoria evolutiei umane necesita si descoperirea continua a noilor fosile si a unor modalitati mai bune de interpretare a acestora. Inferentele care se extrapoleaza inapoi in timp nu necesita doar fosilele pentru a calibra ceasurile moleculare utilizate, dar pot fi testate si de singurele dovezi dure pe care le avem pentru evenimente stravechi, oasele si dintii stramosilor pe care ii facem ipoteza.

Referinte

  1. 1.

    Patterson N, DJ Richter, Gnerre S, Lander ES, Reich D: Dovada genetica pentru specializarea complexa a oamenilor si a cimpanzeilor. Natura. 2006, 441: 1103-1108. 10.1038 / nature04789.

    PubMed CAS Articolul Google Scholar 

  2. 2.

    Brown D: Stramosii umani s-au potolit cu cimpanzeii. Washington Post. 18 mai 2006

  3. 3.

    Saletan W: Oamenii s-au imperecheat cu cimpanzeii? Si noi suntem urmasii lor. Slate.com. 18 mai 2006

  4. 4.

    Rossiianov K: Dincolo de specii: Il’ya Ivanov si experimentele sale asupra oamenilor de reproducere incrucisata cu maimute antropoide. Contextul Sci. 2002, 15: 227-316.

    Articol Google Scholar 

  5. 5.

    Brunet M, Guy F, Pilbeam D, Lieberman DE, Likius A, Mackaye HT, Ponce de Leon MS, Zollikofer CP, Vignaud P: Material nou al primului om din Miocenul Superior al Ciadului. Natura. 2005, 434: 752-755. 10.1038 / nature03392.

    PubMed CAS Articolul Google Scholar 

  6. 6.

    Serre D, Langaney A, Chech M, Teschler-Nicola M, Paunovic M, Mennecier P, Hofreiter M, Possnert G, Paabo S: Nici o dovada a contributiei mtDNA a Neanderthal la oamenii moderni timpurii. PLoS Biol. 2004, 2: E57-. 10.1371 / journal.pbio.0020057.

    PubMed PubMed Articol central Google Scholar 

  7. 7.

    Tosi AJ, Morales JC, Melnick DJ: Comparatia dintre cromozomii Y si filogeniile mtDNA duce la inferente unice ale istoriei evolutiei macaque. Mol Phylogenet Evol. 2000, 17: 133-144. 10.1006 / mpev.2000.0834.

    PubMed CAS Articolul Google Scholar 

  8. 8.

    Jolly CJ: Un studiu adecvat pentru omenire: analogii ale maimutelor papionine si implicatiile lor pentru evolutia umana. Am J Phys Anthropol. 2001, supliment 33: 117-204.

    Google Scholar 

  9. 9.

    Jolly CJ, Woollery-Barker T, Disotell TR, Beyene S, Philips-Conroy JE: babuini hibrizi intergenerici. Int J Primatol. 1997, 18: 597-627. 10.1023 / A: 1026367307470.

    Articol Google Scholar 

  10. 10.

    Moore CM, Janish C, Eddy CA, Hubbard GB, Leland MM, Rogers J: Studii citogenetice si de fertilitate ale unui reboon, machet Rhesus ( Macaca mulatta ) × babuin ( Papio hamadryas ) cruce: sprijin suplimentar pentru o singura nomenclatura cariotip. Am J Phys Anthropol. 1999, 110: 119-127. 10.1002 / (SICI) 1096-8644 (199910) 110: 2 <119 :: AID-AJPA1> 3.0.CO 2-S.

    PubMed CAS Articolul Google Scholar 

  11. 11.

    Hennig W: Sistematic filogenetic. 1966, Urbana: University of Illinois Press

    Google Scholar 

  12. 12.

    Wood B: revelatii hominide din Ciad. Natura. 2002, 418: 133-135. 10.1038 / 418133a.

    PubMed CAS Articolul Google Scholar 

Descarcati referintele

Informatia autorului

Afilieri

  1. Centrul pentru Studiul Originilor Umane, Departamentul de Antropologie, Universitatea New York, Waverly Place, New York, NY, 10003, SUA

    Todd R Disotell

autorul corespunzator

Corespondenta la Todd R Disotell.

Fisierele originale trimise pentru imagini ale autorilor

Mai jos gasiti linkurile catre fisierele originale trimise pentru imagini ale autorilor.

Despre acest articol

Cititi acest articol

Disotell, evolutia TR „Chumanzee”: dorinta de a se diverge si de a fuziona. Genom Biol 7, 240 (2006). https://doi.org/10.1186/gb-2006-7-11-240

Descarcati citarea

  • Publicat: 24 noiembrie 2006

  • DOI: https://doi.org/10.1186/gb-2006-7-11-240

Cuvinte cheie

  • Marimea efectiva a populatiei
  • Om modern
  • Linia umana
  • Specii fosile
  • Marimea efectiva mica a populatiei