Παράκαμψη προς το κυρίως περιεχόμενο
Μαθήματα ιστορίας από το απολιθωμένο DNA

Η επιτυχής εφαρμογή των τεχνικών της μοριακής βιολογίας στην επίλυση δύσκολων προβλημάτων της παλαιο­ανθρωπολογίας φαίνεται να επιβεβαιώνει τις πιο τρελές προβλέψεις της επιστημονικής φαντασίας

Μαθήματα ιστορίας από το απολιθωμένο DNA

  • A-
  • A+

Στις μέρες μας οι παλαιοντολόγοι και οι παλαιοανθρωπολόγοι δεν αρκούνται πλέον στη μελέτη απολιθωμένων οστών και κρανίων για να κατανοήσουν την προέλευση και την εξέλιξη του είδους μας.

Χάρη στις νέες τεχνικές της μοριακής βιολογίας μπορούν, αναλύοντας το «απολιθωμένο DNA», να «διαβάζουν» τη γενετική αποτύπωση των μεγάλων εξελικτικών αλλαγών που οδήγησαν στην επικράτηση του σημερινού ανθρώπου.

Παρά τη σύντομη ιστορία της η «μοριακή ανθρωπολογία» έχει να επιδείξει πολλές σημαντικές ανακαλύψεις, οι οποίες οδηγούν σε ριζική αναθεώρηση πολλών «καλά εδραιωμένων», μέχρι πρόσφατα, επιστημονικών εικασιών σχετικά με την εξέλιξη και τη φυλετική διαφοροποίηση του ανθρώπινου είδους.

Για να αντιληφθούμε, ωστόσο, τη σημασία των πρόσφατων κατακτήσεων σε αυτόν τον τομέα, θα πρέπει να κατανοήσουμε τι ακριβώς είναι αυτό το «εξωτικό φρούτο» που οι ειδικοί αποκαλούν «μοριακή ανθρωπολογία» ή, ευρύτερα, «παλαιογενετική».

Πρόκειται για ένα σχετικά νέο διεπιστημονικό πεδίο, που προέκυψε από τη δυνατότητα εφαρμογής σε παλαιοντολογικές και ανθρωπολογικές έρευνες ορισμένων τεχνικών μοριακής ανάλυσης του απολιθωμένου DNA, το οποίο οι ειδικοί έχουν καταφέρει να εξαγάγουν από τα απολιθώματα εξαφανισμένων βιολογικών ειδών.

Πριν από μερικά χρόνια, αν κάποιος ήθελε να διερευνήσει το εξελικτικό παρελθόν του ανθρώπινου είδους, μπορούσε να ακολουθήσει μόνο δύο μεθόδους: μία άμεση και μία έμμεση προσέγγιση.

Η άμεση μέθοδος συνίσταται στην εξαντλητική έρευνα και τη συγκριτική μελέτη των απολιθωμένων υπολειμμάτων από εξαφανισμένα είδη (όπως π.χ. θραύσματα από οστά, κρανία ή και προϊστορικά τεχνουργήματα).

Η έμμεση μέθοδος, αντίθετα, προϋποθέτει τη συγκριτική μελέτη της ανατομίας, της φυσιολογίας και, πιο πρόσφατα, των γονιδίων των οργανισμών, με την ελπίδα να καταφέρει κάποτε ο ερευνητής να ανασυγκροτήσει τα βιολογικά φαινόμενα ή τα φυσικά αίτια που οδήγησαν, κατά το μακρινό παρελθόν, στη διαμόρφωση των σημερινών χαρακτηριστικών.

Παρά τις εντυπωσιακές κατακτήσεις που συντελέστηκαν χάρη σε αυτές τις δύο «κλασικές» παλαιοντολογικές προσεγγίσεις, πολλά αποφασιστικά ερωτήματα παρέμεναν αναπάντητα.

Για παράδειγμα, η μορφολογία ενός οστού δεν επιτρέπει στους ειδικούς να καθορίσουν αν το συγκεκριμένο απολίθωμα ανήκει στο δικό μας ή σε κάποιο συγγενές είδος που έζησε προγενέστερα ή παράλληλα με το δικό μας.

Και θα ήταν απελπιστικά αφελής (ή υπερβολικά αισιόδοξος!) όποιος θα πίστευε ότι μία, έστω και πλήρης, συλλογή από οστά και κρανία θα μπορούσε, από μόνη της, να μας προσφέρει την οριστική εξήγηση της εξελικτικής πορείας του ανθρώπινου είδους ανά τους αιώνες.

Αν ίσχυε κάτι τέτοιο, τότε οι παλαιοντολόγοι και οι εξελικτικοί βιολόγοι θα μπορούσαν εύκολα να αποφασίσουν αν π.χ. ο άνθρωπος του Νεάντερταλ (Homo neanderthalensis), για τον οποίο διαθέτουν πλήρεις απολιθωμένες μαρτυρίες, ήταν πρόγονος, εντελώς διαφορετικό είδος ή υποείδος που κάποτε εντάχθηκε στο δικό μας πιο εξελιγμένο ανθρώπινο είδος (Homo sapiens). Η ανακάλυψη αυτού του συμπαθητικού ανθρωπίδη προκάλεσε -και ακόμη προκαλεί- πολλές διενέξεις μεταξύ των ειδικών.

Ευτυχώς, τα τελευταία χρόνια, η ανατομική-μορφολογική μελέτη των απολιθωμάτων δεν αποτελεί την αποκλειστική μέθοδο τεκμηρίωσης των εξελικτικών διεργασιών που έλαβαν χώρα κατά το μακρινό παρελθόν.

Εξάγοντας, με μεγάλη δυσκολία, από τα απολιθωμένα οστά το «αρχαίο DNA» που περιέχουν, οι ειδικοί είναι σήμερα σε θέση να μελετούν απευθείας τα γονίδια και τις μεταλλάξεις οργανισμών που έχουν εξαφανιστεί εδώ και χιλιάδες χρόνια (βλ. ειδικό πλαίσιο).

Σε αυτά τα «απολιθωμένα» γονίδια βρίσκεται καταγεγραμμένη η βιολογική ταυτότητα, δηλαδή η ιδιαιτερότητα κάθε υπαρκτού ή εκλιπόντος βιολογικού είδους.

Συνεπώς σε αυτά τα γονίδια θα πρέπει να αναζητηθεί, σε τελευταία ανάλυση, η εξελικτική απόσταση -και άρα η γενετική συγγένεια!- των σημερινών ζωικών ειδών με ορισμένα προ πολλού εξαφανισμένα ζωικά είδη.

Και την καλύτερη απόδειξη για τη γονιμότητα της παλαιογενετικής μάς την προσφέρει η μελέτη της εξέλιξης του ανθρώπου.

Η αινιγματική εξαφάνιση των πρώτων Ευρωπαίων

Οι πρώτοι κάτοικοι της Γηραιάς Ηπείρου δεν ήταν άνθρωποι του είδους μας (Homo sapiens) αλλά τα «κακομούτσουνα» βιολογικά ξαδέλφια μας, οι Νεαντερτάλιοι (Homo neanderthalensis).

Η πρώτη μας επαφή με αυτόν τον ιδιαίτερα εύσωμο και υποτίθεται «πρωτόγονο» εκπρόσωπο του ανθρώπινου γένους (Homo) έγινε πριν από περίπου ενάμιση αιώνα.

Το 1856 εργάτες στην κοιλάδα Νεάντερταλ, κοντά στο Ντίσελντορφ της Γερμανίας, ανακάλυψαν τα λείψανα μιας αποκρουστικής απομίμησης του ανθρώπινου είδους, στην οποία αργότερα δόθηκε το όνομα «άνθρωπος του Νεάντερταλ».

Η ανακάλυψη αυτού του ανθρωπίδη καθώς και πολλών άλλων ομοίων του σε διάφορες περιοχές της Ευρώπης δημιούργησε εκείνη την εποχή τα πιο αντιφατικά συναισθήματα.

Μολονότι το κρανίο του ήταν εξίσου μεγάλο με το δικό μας, τα έντονα υπερόφρυα τόξα του, ο βαρύς και ογκώδης σκελετός του δεν παρέπεμπαν σε τίποτε το ανθρώπινο.

Κάποιος πρότεινε ότι επρόκειτο για τα απολιθωμένα απομεινάρια μιας αρκούδας των σπηλαίων, άλλος έκανε την «ευγενέστερη» σκέψη ότι ήταν ένας παραμορφωμένος από κάποια ασθένεια Καυκάσιος!

Σύντομα όμως έγινε σαφές ότι ήταν ένας πρόγονος του είδους μας.

Ορισμένοι οπαδοί του Δαρβίνου είδαν στον άνθρωπο του Νεάντερταλ τον περιζήτητο «χαμένο κρίκο», που, όπως υπέθεταν τότε, θα έπρεπε να συνδέει τους ανθρωποειδείς πιθήκους με τον άνθρωπο του Κρο-Μανιόν, ένα από τα πρώτα ευρωπαϊκά δείγματα του είδους μας (Homo sapiens).

Πάντως, οι περισσότεροι φυσιοδίφες έβρισκαν εξαιρετικά ενοχλητική την ιδέα ότι ένα τόσο αποκρουστικό πλάσμα θα μπορούσε να είναι ο πιο κοντινός πρόγονός μας.

Ετσι, από το 1868 και μετά, με την ανακάλυψη πολυάριθμων και εμφανισιακά πιο εκλεπτυσμένων ανθρώπινων απολιθωμάτων του τύπου Κρο-Μανιόν, τα αινιγματικά λείψανα των Νεαντερτάλιων θεωρήθηκαν πρόσκαιρα από την επιστημονική κοινότητα είτε ως ένα κακόγουστο αστείο είτε ως «ανωμαλία» της φύσης.

Ωστόσο, όπως αποκάλυψε αργότερα πλήθος παλαιοντολογικών ερευνών, αυτοί οι πρωτόγονοι «άνθρωποι των σπηλαίων», δηλαδή οι Νεαντερτάλιοι, ήταν οι πρώτοι που μετανάστευσαν από την αφρικανική στην ευρωπαϊκή ήπειρο πριν από περίπου 300.000 χρόνια και έζησαν σε αυτήν ανενόχλητοι για περισσότερα από 100.000 χρόνια.

Οσο για τον σύγχρονο άνθρωπο, τον Homo sapiens, αυτός έκανε ξαφνικά την είσοδό του στην ευρωπαϊκή σκηνή μόλις πριν από 45.000 χρόνια περίπου, ως ένα νέο και όχι και πολλά υποσχόμενο, τότε, ανθρώπινο είδος.

Αρα, αυτά τα δύο διαφορετικά είδη ανθρώπου ζούσαν μαζί στην Ευρώπη επί 10.000 και πλέον χρόνια· έως δηλαδή τη χρονική «στιγμή», πριν από περίπου 35.000 χρόνια, που, για εντελώς ακατανόητους μέχρι σήμερα λόγους, οι Νεαντερτάλιοι εξαφανίστηκαν μαζικά από παντού!

Βιολογική ποικιλομορφία: η συνταγή της επιτυχίας μας

Ωστόσο, εκτός από το δυσεπίλυτο πρόβλημα της μαζικής και απότομης εξαφάνισης των Νεαντερτάλιων, υπάρχει και το εξίσου σοβαρό ερώτημα εάν, και ποιες, σχέσεις είχαν αναπτύξει αυτά τα δύο τόσο συγγενή βιολογικά είδη ανθρώπου που ζούσαν το ένα δίπλα στο άλλο.

Αραγε ήταν εφικτή η αναπαραγωγική διασταύρωση ανάμεσα στα δύο είδη ανθρώπου;

Με άλλα λόγια, η σεξουαλική συνεύρεση μεταξύ τους θα έδινε γόνιμους ή στείρους απογόνους;

Αν έδινε γόνιμους απογόνους, τότε πρόκειται για δύο υποείδη του ίδιου βιολογικού είδους, ενώ αν έδινε στείρους απογόνους, τότε πρόκειται σίγουρα για δύο διαφορετικά είδη ανθρώπου.

Δυστυχώς, δεν υπάρχουν σήμερα εκπρόσωποι των Νεάντερταλ για να κάνουμε αυτό το ενδιαφέρον βιολογικό πείραμα. Ευτυχώς όμως στην επιστήμη δεν υπάρχουν μακροπρόθεσμα αδιέξοδα.

Ετσι, χάρη στις τεχνικές ανάλυσης του «αρχαίου DNA», δύο πρωτοπόροι παλαιογενετιστές, ο Σουηδός Σβάντε Πάαμπο (Svante Pääbo), διευθυντής του κέντρου μοριακής ανθρωπολογίας στο Ινστιτούτο Max Plank της Λιψίας, και ο Αμερικανός Εντουαρντ Ρούμπιν (Edward Rubin) στην Καλιφόρνια κατάφεραν να αφαιρέσουν το μιτοχονδριακό DNA από απολιθωμένα οστά Νεάντερταλ και να το συγκρίνουν με δείγματα μιτοχονδριακού DNA από ανθρώπους τύπου Κρο-Μανιόν και με δείγματα από σημερινούς ανθρώπους.

Ετσι κατέληξαν σε μια σειρά από εντυπωσιακά συμπεράσματα.

⇒Πρώτον, οι Νεάντερταλ δεν είναι πρόγονοί μας αλλά ανήκουν σε ένα συγγενές αλλά αρκετά διαφορετικό υποείδος Homo.

⇒Δεύτερον, η διαφοροποίηση των δύο εξελικτικών σειρών, που οδήγησε σε αυτά τα δύο είδη, υπολογίζεται ότι συνέβη πριν από περίπου μισό εκατομμύριο χρόνια.

⇒Τρίτον, η πρώτη εμφάνιση του γονότυπου των Νεάντερταλ εκτιμάται ότι έλαβε χώρα στην Αφρική πριν από περίπου 200.000 χρόνια, κάτι που επιβεβαιώνεται και από τη χρονολόγηση των απολιθωμάτων.

Από αυτές τις έρευνες μπορούμε να εξαγάγουμε ένα πρώτο μάλλον γενικό αλλά σημαντικό συμπέρασμα σχετικά με την εξελικτική ιστορία των πρωτευόντων θηλαστικών και ειδικότερα την εξέλιξη του ανθρώπινου γένους πάνω στη Γη.

Η καθησυχαστική και τυπικά νεωτερική αντίληψη περί σταδιακής, συσσωρευτικής, γραμμικής προόδου από ένα απλούστερο ζωικό είδος προς ένα πολυπλοκότερο δεν επιβεβαιώνεται καθόλου από τα δεδομένα ούτε της παλαιοντολογίας ούτε της σύγχρονης μοριακής ανθρωπολογίας.

Τα βιοτεχνολογικά εργαλεία της γονιδιακής αρχαιολογίας

Η απρόσμενη επιτυχία και η μεγάλη ευρετική δύναμη των τεχνικών της μοριακής βιολογίας για την επίλυση προβλημάτων της παλαιοανθρωπολογίας και της εξελικτικής βιολογίας φαίνεται να επιβεβαιώνουν τις πιο απίστευτες ταινίες επιστημονικής φαντασίας.

Βέβαια, τα τεχνικά και πρακτικά προβλήματα που οι παλαιογενετιστές πρέπει να αντιμετωπίσουν είναι πολλά και μερικές φορές ανυπέρβλητα.

Οταν πεθαίνει ένας οργανισμός, όλα τα μόριά του αρχίζουν να αποσυντίθενται. Και τα μόρια του DNA δεν αποτελούν βέβαια εξαίρεση.

Συγκεκριμένα, σπάνε οι δεσμοί που συγκρατούν μαζί τις νουκλεοτιδικές βάσεις σε κάθε αλυσίδα του DNA, οπότε είναι αδύνατον να καθορίσουμε την αρχική αλληλουχία αυτών των βάσεων και συνεπώς να ανασυγκροτήσουμε με ασφάλεια τις γενετικές πληροφορίες που μετέφεραν.

Οι εξωγενείς παράγοντες που καθορίζουν την ταχύτητα αποσύνθεσης των κυττάρων, άρα και των μορίων του DNA που αυτά περιέχουν, είναι κυρίως η θερμοκρασία του εδάφους, η οξύτητα και η υγρασία του περιβάλλοντος.

Επομένως, μόνο σε ιδιαίτερα ευνοϊκές συνθήκες –πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και ταχύτατη αποξήρανση του σώματος του ζώου αμέσως μετά τον θάνατό του– είναι εφικτή η ασφαλής ανασυγκρότηση των μορίων του «αρχαίου DNA» (ό,τι οι Αγγλοσάξονες αποκαλούν aDNA, δηλαδή ancient DNA).

Γι’ αυτό εξάλλου αποδείχτηκε πολύ πιο εύκολη υπόθεση το να ανασυγκροτηθεί το DNA προϊστορικών οργανισμών, όπως τα σιβηρικά μαμούθ, απ’ ό,τι μιας αιγυπτιακής μούμιας, η οποία, αν και πολύ πιο πρόσφατη χρονολογικά, ήταν διατηρημένη σε λιγότερο ευνοϊκές συνθήκες.

Πάντως, η ταυτοποίηση δειγμάτων DNA ηλικίας 100 έως 200 χρόνων είναι σήμερα πολύ πιο εύκολη από την ταυτοποίηση δειγμάτων αρχαίου DNA από οστά προϊστορικών ζώων.

Η τεχνική της ταυτοποίησης του αρχαίου DNA βασίστηκε στην εκπληκτική μέθοδο πολλαπλασιασμού δειγμάτων γενετικού υλικού την οποία επινόησε το 1985 ο νομπελίστας βιοχημικός Κάρι Μούλις (Kary B. Mullis).

Μια αλυσιδωτή αντίδραση, που πραγματοποιείται χάρη στο ένζυμο πολυμεράση PCR, επιτρέπει στους ειδικούς να αναπαραγάγουν εργαστηριακά μεγάλες ποσότητες από μικρά δείγματα DNA.

Βέβαια, ακόμα και αυτή η «μαγική» μέθοδος δεν είναι καθόλου άμοιρη προβλημάτων. Ενα από αυτά αφορά την πιστότητα της αντιγραφικής διαδικασίας, δηλαδή την ενσωμάτωση των σωστών νουκλεοτιδικών βάσεων κατά την αντιγραφή του DNA.

Ενα δεύτερο, ακόμη πιο σοβαρό πρόβλημα είναι η επιμόλυνση του αρχικού DNA από εξωγενή μόρια DNA, που μπορεί να προέρχονται είτε από τους αρχαιολόγους που ανακάλυψαν το απολίθωμα, είτε από τους επιστήμονες που το μελέτησαν, είτε και από τους τεχνικούς του μουσείου που ήλθαν σε επαφή μαζί του.

Αυτά τα εξωγενή γενετικά στοιχεία μπορεί να αντιγραφούν και να πολλαπλασιαστούν από την πολυμεράση PCR μαζί με το αρχικό δείγμα.

Για να αποφευχθούν αυτά τα προβλήματα, οι παλαιογενετιστές έχουν υιοθετήσει ένα αρκετά αυστηρό πρωτόκολλο για τη διεξαγωγή των ερευνών τους.

Παρά τις δυσκολίες, η νέα «μοριακή» προσέγγιση έχει ήδη δώσει λύσεις σε δυσεπίλυτα μέχρι χθες προβλήματα της ανθρωπολογίας και της εξελικτικής βιολογίας, θέτοντας παράλληλα νέα ερωτήματα που δρομολογούν τις ερευνητικές αναζητήσεις του μέλλοντος.

ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΟΥ ΝΟΥ
Μαθήματα Ιστορίας (ΙΙ) από το απολιθωμένο DNA
Στο σημερινό μας άρθρο θα δούμε πως τα «πρωτόγονα» γονίδια των Νεαντερτάλιων (και άλλων ακόμη πιο αρχαϊκών ανθρωπίδων) έχουν ενσωματωθεί και εξακολουθούν να υπάρχουν στο γονιδίωμά μας και, μέχρι σήμερα, να...
Μαθήματα Ιστορίας (ΙΙ) από το απολιθωμένο DNA
ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΟΥ ΝΟΥ
Το επιστημονικό «ωροσκόπιο» του 2019
Πριν από μία εβδομάδα οι «Μηχανές του Νου» παρουσίασαν μερικές από τις πιο σημαντικές επιστημονικές κατακτήσεις του προηγούμενου έτους. Σήμερα, θα εστιάσουν σε ορισμένα ήδη αποφασισμένα και καταλεπτώς...
Το επιστημονικό «ωροσκόπιο» του 2019
ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΟΥ ΝΟΥ
Η αισιόδοξη προσέγγιση για το παρόν και το μέλλον μας
Αραγε είναι μονόδρομος και καταστροφική η προοπτική της σταδιακής απανθρω­ποποίησης του ανθρώπινου είδους μέσω της βιοτεχνολογικής μας ανάπλασης; Ή μήπως έχουν τελικά δίκιο οι αισιόδοξοι προπαγανδιστές μιας...
Η αισιόδοξη προσέγγιση για το παρόν και το μέλλον μας
ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΟΥ ΝΟΥ
Homo Deus: όνειρα τεχνολογικής θέωσης
Στο σημερινό άρθρο θα εξετάσουμε διάφορες εκδοχές της κυρίαρχης βιοπολιτικής προπαγάνδας για την επιβολή της δήθεν αναγκαίας και πολυπόθητης μετα-ανθρώπινης κατάστασης, όπως αυτή εκφράζεται στα βιβλία...
Homo Deus: όνειρα τεχνολογικής θέωσης
ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΟΥ ΝΟΥ
Μετα-ανθρώπινα σενάρια επιβίωσης
Κατά την όψιμη Ανθρωπόκαινο εποχή που διανύουμε, η προοδευτική απανθρωποποίησή μας προκύπτει από έναν συνδυασμό υψηλής τεχνολογίας και βιοπολιτικής ασυδοσίας. Στις αρχές του εικοστού πρώτου αιώνα, διαφορετικές...
Μετα-ανθρώπινα σενάρια επιβίωσης
ΜΗΧΑΝΕΣ ΤΟΥ ΝΟΥ
Η εποχή της συνθετικής ζωής
Η Συνθετική Βιολογία αναπτύχθηκε εντυπωσιακά την τελευταία δεκαετία, με στόχο τη δημιουργία «συνθετικών» οργανισμών-μηχανών, ικανών να παράγουν βιολογικά καύσιμα, φαρμακευτικές ουσίες, τροφές υψηλής...
Η εποχή της συνθετικής ζωής

Η efsyn.gr θεωρεί αυτονόητο ότι οι αναγνώστες της έχουν το δικαίωμα του σχολιασμού, της κριτικής και της ελεύθερης έκφρασης και επιδιώκει την αμφίδρομη επικοινωνία μαζί τους.

Διευκρινίζουμε όμως ότι δεν θέλουμε ο χώρος σχολιασμού της ιστοσελίδας να μετατραπεί σε μια αρένα απαξίωσης και κανιβαλισμού προσώπων και θεσμών. Για τον λόγο αυτόν δεν δημοσιεύουμε σχόλια ρατσιστικού, υβριστικού, προσβλητικού ή σεξιστικού περιεχομένου. Επίσης, και σύμφωνα με τις αρχές της Εφημερίδας των Συντακτών, διατηρούμε ανοιχτό το μέτωπο απέναντι στον φασισμό και τις ποικίλες εκφράσεις του. Έτσι, επιφυλασσόμαστε του δικαιώματός μας να μην δημοσιεύουμε ανάλογα σχόλια.

Σε όσες περιπτώσεις κρίνουμε αναγκαίο, απαντάμε στα σχόλιά σας, επιδιώκοντας έναν ειλικρινή και καλόπιστο διάλογο.

Η efsyn.gr δεν δημοσιεύει σχόλια γραμμένα σε Greeklish.

Τέλος, τα ενυπόγραφα άρθρα εκφράζουν το συντάκτη τους και δε συμπίπτουν κατ' ανάγκην με την άποψη της εφημερίδας