Čovječanstvo je oduvijek bilo intrigirano svojim porijeklom.
Odakle dolazimo i u kakvom smo odnosu s onima koji su došli prije nas?
Što nas, Homo sapiensa, čini drugačijima od ostalih hominina, pripadnika obitelji Homininae?

Estonski Šveđanin u Njemačkoj, gay biseksualac iz nobelovske obitelji

Svante Pääbo, ovogodišnji dobitnik Nobela za fiziologiju ili medicinu zanimljiv je lik. Rođen je u Stockholmu 1955. godine. Sin je estonske kemičarke Karin Pääbo i švedskog biokemičara Sune Bergstroma, dobitnike Nobelove nagrade 1982. za rad na prostaglandinima i srodnim spojevima, točno 40 godina prije nego što je Nobela dobio i njegov sin Svante. Pääbo je doktorirao je na švedskom Sveučilištu Uppsala, postao postdoktorand na Sveučilištu u Zürichu, a kasnije i na Sveučilištu u Kaliforniji, Berkeley i Sveučilištu u Münchenu. Godine 1999. osnovao je Max Planck institut za evolucijsku antropologiju u Leipzigu u Njemačkoj. Trenutačno je i izvanredni profesor na Okinawa institutu za znanost i tehnologiju u Japanu. Veći dio svojega života bio je uvjeren da je biseksualac, no prema njegovim vlastitim riječima, "...pretpostavljao je da je gay sve dok na kalifornijskom sveučilištu nije upoznao američku primatologinju i genetičarku Lindu Vigilant". Rekao je da ga je njezin "dječački šarm" privukao do te mjere da su se vjenčali i dobili sina i kćer, koje sada odgajaju u Leipzigu.

Kroz svoje pionirsko istraživanje u području genetike izumrlih homininskih vrsta, Pääbo je postigao naizgled nemoguće: sekvenciranje kompletnog genoma neandertalca, izumrlog rođaka današnjeg čovjeka. Osim toga je došao i do senzacionalnog otkrića prethodno nepoznatog hominina, tzv. Denisove, kao i važnog otkrića da se prijenos gena dogodio s ovih sada izumrlih hominina na Homo sapiensa nakon migracije iz Afrike prije oko 70.000 godina. Ovaj drevni prijelaz gena s jedne homininske skupine na drugu za današnje ljude ima fiziološku važnost: primjerice, utječe na to kako naš imunološki sustav reagira na infekcije.

Pääboovo temeljno istraživanje dovelo je do potpuno nove znanstvene discipline; paleogenomike. Otkrivanjem genetskih razlika koje razlikuju sve žive ljude od izumrlih hominina, njegova otkrića pružaju osnovu za istraživanje onoga što nas čini jedinstvenim ljudima.

Odakle dolazimo?

Čovječanstvo se od davnina bavi pitanjem našega porijekla i onoga što nas čini jedinstvenima među „velikim majmunima“. Paleontologija i arheologija važne su za proučavanje ljudske evolucije. Istraživanja su pružila dokaze da se moderni čovjek, Homo sapiens, prvi put pojavio u Africi prije otprilike 300.000 godina, dok su se njegovi (dakle i naši) najbliži poznati rođaci, neandertalci, razvili skoro istovremeno, vremenski paralelno s Homo sapiensom, ali izvan Afrike: nastanjivali su Europu i zapadnu Aziju od oko 400.000 godina do prije 30.000 godina, kada su izumrli. Prije oko 70.000 godina, skupine Homo sapiensa migrirale su iz Afrike na Bliski istok, a odatle su se proširile ostatkom svijeta. Homo sapiens i neandertalci tako su koegzistirali u velikim dijelovima Euroazije desecima tisuća godina.

Ali što znamo o našem odnosu s izumrlim neandertalcima? Tragovi informacija koji daju odgovor na to pitanje mogu se izvesti iz genomskih informacija. Gotovo cijeli ljudski genom je bio definiran (sekvenciran) do kraja 1990-ih. To je bilo značajno postignuće koje je omogućilo naknadna istraživanja genetskog odnosa između različitih ljudskih populacija. Međutim, detaljnu analizu odnosa između današnjih ljudi i izumrlih neandertalaca zahtijevalo bi vrlo komplicirano sekvenciranje genomske DNK izdvojene iz arheoloških ostataka neandertalaca. Upravo to je Pääbo i učinio.

Naizgled nemoguć zadatak

Na početku svoje karijere Svante Pääbo se iznimno interesirao za mogućnost korištenja suvremenih genetskih metoda na analizi DNK neandertalaca. Ubrzo je shvatio da to pred znanstvenike stavlja ekstremne tehničke izazove, jer se originalna DNK – složena i kemijski nestabilna biološka molekula – nakon smrti brzo modificira i razgrađuje na kratke, neprepoznatljivo fragmente. Nakon nekoliko tisuća godina ostali bi samo tragovi DNK izumrlih hominina, a i ono što je ostalo bilo je masovno kontaminirano DNK-om bakterija i suvremenih ljudi (Slika 1). Kao postdoktorand kod Allana Wilsona, pionira na području evolucijske biologije, Pääbo je počeo razvijati vlastite metode za proučavanje fragmenata DNK neandertalaca, što je pothvat koji je trajao nekoliko desetljeća.

Godine 1990. Pääbo je došao na Sveučilište u Münchenu, gdje je, kao novoimenovani profesor, nastavio svoj rad na arhaičnoj DNK. Odlučio je analizirati mitohondrijsku DNK neandertalca. Mitohondrijski genom je malen i sadrži samo djelić genetske informacije u stanici, ali je prisutan u tisućama kopija, što povećava šanse za uspjeh. Svojim profinjenim metodama, Pääbo je uspio sekvencirati regiju mitohondrijske DNK iz 40.000 godina starog komada kosti. Tako smo po prvi put imali pristup dijelu genske sekvence našeg izumrlog rođaka. Usporedbe sa suvremenim ljudima i čimpanzama pokazale su da su neandertalci bili genetski različiti i od jednih i od drugih.

Sekvenciranje genoma neandertalca

Kako su analize mitohondrijskog genoma dale samo ograničene informacije, Pääbo se posvetio golemom izazovu sekvenciranja genoma iz stanične jezgre (nuklearnog genoma) neandertalca. U to vrijeme mu je ponuđeno i da Institut Max Planck u Leipzigu. Tako su u novom institutu Pääbo i njegovi suradnici nastavili usavršavati metode za izolaciju i analizu DNK iz arhaičnih ostataka kostiju.

Pääbo je kontinuirano koristio sva nova tehnička dostignuća koja su sekvenciranje DNK učinila vrlo učinkovitim, te je naposlijetku postigao naizgled nemoguć podvig: 2010. godine je znanstvenoj zajednici objavio prvi slijed genoma neandertalca. Usporedne analize pokazale su da je najnoviji zajednički predak neandertalaca i Homo sapiensa živio prije oko 800.000 godina.

Kompletiranjem genoma neandertalca, Pääbo i suradnici su dobili mogućnost da istražuju ​​odnos između neandertalaca i Homo sapiensa iz različitih dijelova svijeta. Usporedne analize pokazale su kako su sekvence DNK neandertalaca sličnije sekvencama suvremenih ljudi koji potječu iz Europe ili Azije nego suvremenim ljudima koji potječu iz Afrike. To znači da su se neandertalci i Homo sapiens, iako dvije različite homininske vrste, spolno križali tijekom tisućljetnog suživota. Kod modernih ljudi europskog ili azijskog podrijetla otprilike 1-4% genoma potječe od neandertalaca (Slika 2).

Senzacionalno otkriće: Denisova

Godine 2008. u pećini Denisova u južnom dijelu Sibira otkriven je 40.000 godina star fragment kosti prsta. Kost je sadržavala izuzetno dobro očuvanu DNK, koju je ubrzo potom Pääboo sekvencirao. Rezultati su izazvali pravu senzaciju: u usporedbi sa svim poznatim sekvencama neandertalaca i današnjih ljudi, sekvenca DNK iz Denisove bila je jedinstvena: Pääbo je otkrio do tada posve nepoznatog hominina, koji je dobio ime Denisova. Usporedbe sa sekvencama suvremenih ljudi iz različitih dijelova svijeta pokazale su da je – kao i kod neandertalaca i sapiensa – došlo do razmjene gena između Denisove i Homo sapiensa. Ovaj odnos je najistaknutiji u populacijama u Melaneziji i drugim dijelovima jugoistočne Azije, gdje neke današnje osobe nose do 6% DNK porijeklom od Denisove.

Pääboova otkrića omogućila su novo razumijevanje naše evolucijske povijesti. U vrijeme kada je Homo sapiens migrirao iz Afrike, Euroaziju su naseljavale barem dvije izumrle populacije hominina: neandertalci su živjeli u zapadnoj Euroaziji, dok su denisovci nastanjivali istočne dijelove kontinenta. Tijekom migracije izvan Afrike i širenja na istok, Homo sapiens ne samo da se susretao i križao s neandertalcima, već i s denisovcima (slika 3).

Paleogenomika i njezina važnost

Svojim revolucionarnim istraživanjem Svante Pääbo utemeljio je potpuno novu znanstvenu disciplinu, paleogenomiku. Nakon početnih otkrića, njegova je skupina kompletirala analize i još nekoliko dodatnih sekvenci genoma izumrlih hominina. Pääbova otkrića utemeljila su jedinstvenu bazu genetičkih podataka o homininima koju znanstvena zajednica intenzivno koristi za bolje razumijevanje ljudske evolucije i migracije. Nove moćne metode za analizu sekvenci sugeriraju da su se pretpovijeske vrste hominina mogli miješati s Homo sapiensom i prije euroazijske migracije, dok je Homo sapiens još boravio u Africi. Međutim, nijedan genom izumrlih hominiaa u Africi još nije sekvencioniran zbog ubrzane degradacije arhaične DNK u tropskoj klimi.

Zahvaljujući otkrićima Svantea Pääboa, sada razumijemo da arhaične sekvence gena naših izumrlih rođaka utječu na fiziologiju današnjih ljudi. Jedan takav primjer je denisovska verzija gena EPAS1, koja daje prednost za preživljavanje na velikoj nadmorskoj visini i uobičajena je među današnjim Tibetancima. Drugi primjeri su neandertalski geni koji utječu na naš imunološki odgovor na različite vrste infekcija.

Što nas čini jedinstvenim ljudima?

Homo sapiensa karakterizira njegova jedinstvena sposobnost stvaranja složenih kultura, naprednih inovacija i figurativne umjetnosti, kao i sposobnost migracijskog prelaska otvorenih voda (plovidbe) i širenja na sve dijelove našeg planeta .

I neandertalci su živjeli u skupinama i imali su velike mozgove. Kao i Homo sapiens, koristili su alate, ali oni su se vrlo malo razvili tijekom stotina tisuća godina. Genetske razlike između Homo sapiensa i naših najbližih izumrlih rođaka bile su nepoznate sve dok nisu identificirane kroz Pääboov temeljni rad. Intenzivna istraživanja koja su trenutno u tijeku usmjerena su na analizu funkcionalnih implikacija tih razlika s krajnjim ciljem objašnjenja što nas čini jedinstvenim ljudima.

^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Pobornik teorijske i praktične primjene medicine i znanosti temeljene na dokazima, opušta se upitno ne-stresnim aktivnostima: od pisanja znanstveno-popularnih tekstova i objavljivanja ilustracija u tiskanom izdanju časopisâ BUG, crtkanja računalnih grafika i primijenjenog dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, fejsbučkog blogiranja o životnim neistinama i medicinskim istinama, sve do kuhanja upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivog sviranja bluesa.}