miércoles, 18 de diciembre de 2013

Atapuerca, Denisova, Neandertales y ADN de 400.000 años... casi nada!

ResearchBlogging.org
A modo de introducción...

Es muy probable que al visitante asiduo del blog no le coja -para nada- de sorpresa este post.

En efecto, ya hace unos días del evento. Me refiero a un artículo publicado en la prestigiosa revista Nature, que ha dado un "buen meneo" a muchas asunciones e ideas que tenemos sobre la evolución de los humanos en el Pleistoceno. Y de paso a lo que sabemos, o creemos saber, sobre las dinámicas poblacionales de los Neandertales y otras humanidades del pasado remoto.

El trabajo al que me refiero, para los despistados, se titula  "A mitochondrial genome sequence of a hominin from Sima de los Huesos", y ha sido ampliamente recogido por la prensa y los medios, y comentado en redes sociales, y blogs de expertos científicos y divulgadores.

Básicamente, se trata de un logro técnico excepcional, aunque con precedentes, y es la obtención de ADN mitocondrial humano de 400.000 años de antigüedad. Y cuyos resultados han sido, además, inesperados para muchos investigadores.

Un logro por cierto conseguido con el fémur de un homínido fósil de la Sierra de Atapuerca, España, y con la implicación de los investigadores españoles que trabajan allí desde hace años.  

El fémur en cuestión. Figura 2 en Meyer et al. (2013).

En mi caso, para esta revisión en el blog, he preferido (como suelo hacer) dar un poco de tiempo a la noticia para "reposar". He podido aprovechar el intervalo para leer con atención las valoraciones y opiniones de distintos expertos. Y espero poder ofrecer una visión más o menos completa del tema.

Pues hay que decirlo: meritorio, y muy meritorio.

Lo primero que me gustaría es resaltar los méritos del trabajo, en términos puramente técnicos y como innovación en lo que se refiere a abrir nuevos caminos científicos, que nos abren puertas a investigar y comprender mejor nuestro pasado más remoto.

Creo que la fuerza de este trabajo, sin quitar mérito por supuesto a los otros co-autores,  reside en el logro técnico de la gente del Departmento de Genética Evolutiva,  del Insituto Max Planck de Antropología Evolutiva.

Hablamos de la obtención de ADN mitocondrial humano fósil de 400.000 años, en restos que no se han conservado en permafrost. Y de la habilidad para limpiarlo y separarlo del ADN de microorganismos (que en este tipo de muestras suele ser más del 90% de lo recuperado como ADN al iniciar el proceso); y separarlo también del ADN humano moderno (¡que vamos contaminándolo todo por ahí sin darnos cuenta!).

Hace un rato, mientras pensaba en como organizar este post, medio bromeaba en twitter con el tema del Premio NobelDecía: ¿Qué más tiene que hacer esta gente para recibir uno? Bueno, lo cierto es que es más o menos lo que pienso, realmente.

Antes de este trabajo, ya era el laboratorio que había liderado por muchos años la recuperación de ADN antiguo, desde casos del Neolítico hasta muchas secuencias neandertales. También perfeccionaron los métodos de obtención y limpieza del ADN antiguo. Además, han sido centrales en el proyecto para obtener la secuencia completa del ADN Neandertal.

Y en 2010-11 descubrieron la existencia de una población humana genéticamente distinta a todo lo conocido hasta ahora (la de Denisova). Y, bueno, podemos añadir el trabajo precedente de éste, que fue obtener ADN de oso de las cavernas de hace 300.000 años. También en la Sierra de Atapuerca, por cierto.

Otro kudos debe ir para los científicos españoles que participan como co-autores.

No sólo es que su trabajo durante décadas ha permitido poner a los yacimientos de la Sierra de Atapuerca en un lugar central de la paleoantropología mundial, y recuperar los restos que han permitido realizar este estudio de ADN. Además, hay que tener en cuenta el cuidado puesto en la recogida y conservación de los fósiles, sin los cuales seguramente el ADN conservado milenios y milenios se podría haber degradado o contaminado rápidamente.

El paper en sí    

Entrando ya en materia,  podemos empezar por explicar el artículo de Nature en sí.

En primer lugar decir que ha sido publicado en la sección "Letters", que se define así: "Letters are short reports of original research focused on an outstanding finding whose importance means that it will be of interest to scientists in other fields."

O en castellano: "informes breves de investigaciones originales centradas en un hallazgo cuya importancia excepcional lo hace de interés para científicos de otros campos." 

Que es, más o menos, lo que caracteriza a este trabajo.

El estudio se centra claramente en la metodología de obtención y procesado de ADN, en particular el ADN mitocondrial (y más aún si se incluye la información suplementaria -Extended Data). El ADN mitocondrial, por cierto, hay que recordar que sólo representa la herencia por vía materna. Los varones lo tienen pero no lo transmiten.

Volviendo al trabajo, esa detallada metodología técnica compone el grueso de la información, y siguen los resultados propiamente dichos, es decir la información del ADN mitocondrial de ese homínido de la Sima de los Huesos (obtenido, como hemos dicho, de uno de sus fémures, excepcionalmente bien conservado).

Por supuesto, esos datos no pueden ser interpretados sin un marco de referencia, y por ello los autores han recurrido a las secuencias de ADN mitocondrial de todos sus parientes,cercanos o lejanos, conocidos. Desde los chimpancés a los humanos actuales, pasando por los Neandertales y la población, aún muy desconocida, representada en Denisova.

Con esas secuencias, y aplicando estadísticas bayesianas (cuyo detalle ocupa también buena parte del paper) han generado un árbol de relaciones que indica las distancias genéticas y temporales que existen entre las distintas secuencias consideradas.  

Este es el árbol, obviando la parte de los chimpancés y centrando la cuestión en las especies y poblaciones humanas (o, si se prefiere un concepto más general, homininas):

Figura 4 en Meyer et al. (2013).

Y este árbol, para muchos científicos, ha sido inesperado y sorprendente. Según muestra el gráfico, el ADN mitocondrial de Sima de los Huesos está muy emparentado con la población representada en la humana de Denisova. Una persona que vivió 300.000 años más tarde, y a 8.000 Km de distancia.

Además, como linaje mitocondrial, el de Sima de los Huesos no parece estar especialmente emparentado con los Neandertales, al menos con los Neandertales de los que tenemos información genética (que son mucho más recientes, de entre 40.000 y 50.000 años de antigüedad).

Y también parece claro otro dato, desde esa perspectiva de linajes maternos (ADN mitocondrial): la separación de los humanos neandertales, y los humanos "anatómicamente modernos" u "Homo sapiens" (de los que descendemos en mayor medida) fue muy posterior a la separación de los Denisovianos respecto a esos grupos.

Dicho de otra forma, la población ancestral de los Neandertales no podría ser la población de Sima de los Huesos, a no ser que el ADN mitocondrial refleje de alguna forma compleja de introgresión u otra forma de intercambio genético. Es decir, mestizajes, hibridaciones, etc.

Dado que la visión mayoritaria, hasta ahora, en la paleoantropología de todo el mundo ha sido considerar que los Neandertales son una especie fósil típicamente europea, que evoluciona por aislamiento y especialización, desde un momento antiguo (400.000-300.000 años), y de forma progresiva, descendiendo de los Homo heildelbergensis, y en concreto de los representados en Sima de los Huesos... pues desde ese punto de vista es comprensible que haya sorprendido a muchos investigadores.

Las hipótesis (agarrarse que llegan curvas...)

Los autores del trabajo son obviamente conscientes de todo esto, y finalizan su artículo ofreciendo una serie de distintas posibilidades o hipótesis, muy tentativas, para explicar los resultados:

  1.  Una primera es considerar que la población de Sima de los Huesos representa un grupo directamente emparentado con los humanos arcaicos de los que descienden los de Denisova. Esta hipótesis tiene el problema, señalado indirectamente por los autores, de que hay que encontrarles un ancestro a los Neandertales, y no hay otros buenos candidatos conocidos.
  2. La segunda posibilidad  es: que la población de Sima de los Huesos sea distinta tanto de los humanos de Denisova como de los Neandertales. En este caso, el ADN mitocondrial de Sima de los Huesos es el de una población antigua pero no ancestral a ninguna de las otras. Y ese ADN ha llegado por una introgresión posterior (mestizaje) hasta las mitocondrias de Denosiva. Sigue teniendo el mismo problema de dejar a los Neandertales sin ancestros
  3. La tercera hipótesis mantendría a la población de Sima de los Huesos como ancestral de los Neandertales (y por descontado de Denisova), y no cambiaría el paradigma explicativo actual. Pero ya señalan que en este caso será necesario entender y explicar cómo se han mantenido dos linajes tan profundamente divergentes en los ADN mitocondriales. Es decir: hay un "artefacto" que viene del ADN mitocondrial y que no refleja completamente las relaciones ancestrales "reales".
  4. Y un último escenario que se propone es que la secuencia mitocondrial de Sima de los Huesos en realidad representa la introgresión de ADN mitocondrial más antiguo, de otra población euroasiática, en los humanos de la Sierra de Atapuerca, hace 400.000 años. Y esa población hipotética, euroasiática, también en algún momento contribuyó su ADN mitocondrial a la población de Denisova.
Si lo anterior os parece complicado de entender, no veáis como es leerlo en el paper...

En fin, para terminar los autores aportan un breve balance en el que recuerdan que el ADN nuclear puede contar una historia algo distinta, y matizar estos resultados del ADN mitocondrial. Pero, por el momento, es innegable esa relación (aparentemente inesperada) entre los humanos arcaicos de Sima de los Huesos y esa otra población de Denisova. Así como la antigüedad relativa de dicho linaje mitocondrial, en comparación con los linajes mitocondriales de los Neandertales y de los humanos modernos.

También se deja entrever que los resultados permitirán, en el futuro, obtener ADN nuclear de restos similares, y conseguir ADN mitocondrial de otros individuos distintos -probablemente de los mismos fósiles de Sima de los Huesos.

La valoración del sabio primate

Una de las valoraciones más interesantes que he recogido sobre este trabajo, es la entrada del blog "Reflexiones de un Primate", de Jose María Bermúdez de Castro (codirector del Proyecto Atapuerca).

El titular del autor ya habla de "sorpresa científica" y es una de las cosas que destaca, refiriéndose a las afinidades del susodicho ADN mitocondrial. En concreto, destaca la falta de afinidad del individuo de Atapuerca y los Neandertales, a pesar de que, desde la morfología, parece que estos descenderían de aquella población.

Para esta aparente contradicción, Bermúdez de Castro propone que podría tratarse de un linaje heredado en ambos casos (Denisova y Sima de los Huesos), de una especie "arcaica" como la representada por el Homo antecessor, también presente en Atapuerca, con una cronología de más de 600.000 años. Ese linaje habría llegado en cada caso por distintos eventos de hibridación de poblaciones locales de esa especie "más antigua", con diferentes especies "inmigrantes", llegadas a Europa en distintos momentos.

El post también nos ofrece otros detalles interesantes.

El primero: habla de muchos intentos fallidos, y se intuye un gran trabajo previo antes de llegar a conseguir el resultado logrado.

Pero también destaca que no es posible descartar que se obtenga ADN nuclear -lo que nos sugiere una vez más hacia donde apuntan los objetivos actuales de los investigadores. E incluso habla de "rebasar el listón de los 400.000 años". Aunque también explica que las condiciones de conservación en Sima de los Huesos son óptimas y que es difícil que se den en muchos otros lugares con restos de esas antigüedades.

Por último, me parece destacable su reflexión final al completo:

"...a los seres humanos actuales nos ha llegado el ADN por varias vías diferentes. El grueso nos llego por supuesto a través de nuestros ancestros africanos; pero también heredamos algo de los Neandertales y de los Denisovanos. Si estos heredaron su ADN de la Sima de los Huesos y, a su vez, éstos lo tomaron de Homo antecessor, nuestro genoma es una mezcla increíble de pequeñas dosis de ADN de muchos humanos del pasado". 

Conclusión con la que estoy muy de acuerdo, y creo que es, cuando menos, una hipótesis cada vez más viable.

Y aquí, una pequeña digresión mía: Pero que no hay que olvidar que, apenas hace seis o siete años, cuando no disponíamos más que de datos parciales del ADN mitocondrial Neandertal, muchos científicos defensores acérrimos del Out of  Africa II, (también RSOH y RAO) hubieran considerado esta idea  aberrante. Seguramente deberíamos ahora recordar esas afirmaciones categóricas, del tipo "es obvio que el Neandertal no contribuyó a la génetica del hombre moderno". Y darnos cuenta de lo cautos que deberíamos ser, en realidad, al hablar de estos temas. Teniendo en cuenta, sobre todo, los pocos datos que existen, y lo mucho que puede cambiar la imagen global, con sólo obtener unos pocos datos más.      

Lo que dice Hawks

Para finalizar, me gustaría recoger los comentarios sobre este trabajo que ha hecho el paleoantropólogo estadounidense John Hawks en su blog. Obviamente, resalta en primer lugar el gran logro técnico y la puerta que se abre a la posibilidad de obtener ADN de otros restos humanos del Pleistoceno medio.

Pero a continuación aporta unas reflexiones muy interesantes, y muy certeras en mi opinión, sobre la disciplina de la paleoantropología en general y las relaciones entre especies humanas en particular. Lo primero que explica es como a lo largo de los últimos cien años se han trazado "líneas rectas" conectando fósiles, tratando de comprender el árbol familiar humano.

Esas líneas divergían a lo largo del tiempo, llevando a una especialización y extinción de grupos representados por los fósiles.  Y Los últimos veinticinco años, los genetistas han aplicado la misma lógica de fondo al ADN mitocondrial.

Pero según Hawks, en los últimos cinco años se ha ido demostrando que ambos grupos estaban equivocados, en la idea de modelos unidos por "líneas rectas" entre poblaciones divergentes. Este investigador pone una serie de ejemplos para ilustrar las dinámicas del ADN mitocondrial, que no funcionan con ese modelo, y que os invito a leer en su post, porque sería muy largo de explicar aquí. Pero sobre todo se centra en los estudios de ADN mitocondrial de Neandertales, y en como muestran una creciente diversidad y una variabilidad.

El patrón resultante es, por tanto, de una complejidad que implica dinámicas poblacionales nada simples. No una "línea recta" como la que vendría de una evolución local, europea y directa, desde los Homo heidelbergensis (los de Sima de los Huesos).

Con todo esto, lo que sugiere Hawks es lo siguiente (la traducción es mía):

"...que los Denisovanos que conocemos sean en parte descendientes de un estrato más antiguo de una población euroasiática anterior. Aunque están en el mismo clado de ADN mitocondrial, la diferencia que hay entre las secuencias de la Sima de los Huesos y Denisova es tan grande como la diferencia entre las secuencias de Neandertales y humanos actuales. No sería correcto decir que Denisova y Sima representan una misma población -si no lo son los humanos actuales y los Neandertales. Pero podrían compartir una herencia del Pleistoceno medio de Eurasia occidental, derivando su ADN mitocondrial se esta población anterior"

La conclusión de este investigador es que los resultados no son tan sorprendentes, los encuentra refrescantes. Cree que prueban que las dinámicas poblacionales de los humanos del Pleistoceno eran complicadas, y no se pueden describir trazando "líneas rectas" entre los fósiles. Hay:

 "...lineas múltiples de influencia entre ellos, pequeños grados de mezcla, y migraciones a gran escala. Europa era algo muy distinto de una población que evoluciona lentamente, "juntando" rasgos neandertales a lo largo del tiempo. Los Neandertales que conocemos no sestearon hasta su desaparición; se expandieron rápidamente, múltiples veces, desde sus origenes no europeos. Eran tan dinámicos como los africanos de la MSA, que después se mezclaron con ellos y se expandieron por todo el mundo."

Un panorama que, sin duda es matizable, pero que sí tiene algo más que ver con la evidencia arqueológica que yo conozco y he estudiado, para estas poblaciones del Pleistoceno medio y superior.

Referencia de Research Blogging

Matthias Meyer, Qiaomei Fu, Ayinuer Aximu-Petri, Isabelle Glocke, Birgit Nickel, Juan-Luis Arsuaga, Ignacio Martínez, Ana Gracia, José María Bermúdez de Castro, Eudald Carbonell, & Svante Pääbo (2013). A mitochondrial genome sequence of a hominin from Sima de los Huesos Nature DOI: 10.1038/nature12788

Otras fuentes en línea 

Las entradas de blogs citadas en el texto::

John Hawks weblog 

Reflexiones de un primate

En otros blogs:

Prehistoria al día

For what they were... we are

Diekene's Anthropology Blog 


7 comentarios:

David Sánchez dijo...

Hola Millán, gracias por el link al blog; lo primero es decir que me ha parecido una muy buena entrada; creo que está muy bien explicado todo, tanto que al leerlo me he replanteado algo que se me había pasado desapercibido en un principio (siempre en modo de hipótesis o especulación)...y es que recuerdo que hace unos años ya habían propuesto los investigadores de Atapuerca, a partir del análisis de los dientes, la posible relación de Homo Antecessor con Homo Georgicus.

Es decir, si se puede demostrar una continuidad entre Homo antecessor y Homo heidelbergensis, es probable que la cuarta hipótesis tenga mucho sentido, ya que a partir de una primera expansión representada en Georgia hace 1.8 millones de años, se produciría una doble expansión hacia Europa y Asia, o sea que ese ancestro bien podría ser Homo Georgicus, ¿no?

Recuerdo que María Martinón analizó más de 5.000 fósiles de poblaciones del pleistoceno inferior y medio para ver similitudes en los dientes y los resultados de aquel análisis aportaron datos sobre una posible evolución en paralelo en África y en Asia; se planteó entonces la posibilidad de una evolución de las poblaciones de Atapuerca y quizás también de los Erectus asiáticos a partir de las poblaciones de Homo Georgicus.

Maju dijo...

Definitivamente el hallazgo es desconcertante y par mí deja bastante claro que la población de Atapuerca (en principio arquetípica del H. heidelbergensis) no está en el origen de los neandertales (cuyos linajes mitocondriales conocemos bastante bien, con varias muestras distintas desde Asturias a Altai, todas ellas relacionadas), lo que probablemente desplaza este origen hacia Asia. En este sentido se me ocurren todo tipo de cuestiones en relación al homínino de Hathnora (Narmada, India), que parece un neandertal en todo menos en tecno-cultura (Achelense en vez de Musteriense). Es posible que los neandertales realmente evolucionaran en India y desde allí se expandieran hacia Occidente? Me parece al menos una muy probable explicación.

Si hubo entonces mezcla con los Heidelbergensis europeos, me temo que debió de ser menor, porque, si no, debiéramos esperar encontrar alguno de sus linajes en las poblaciones neandertales y no lo vemos. Otro tema es el caso particular de Denisova, donde la hibridación neandertal-heidelbergnesis es muy probable pero que un caso muy localizado y que, en última instancia, deja a los neandertales locales aún 100% o casi dentro del grupo neandertal, o eso parece. Sería por tanto una mezcla puntual y transicional pero con consecuencias a largo plazo menos importantes.

Un comentarista en mi blog me informaba de que parece que cada 50 Ka, más o menos, parece haber un período pluvial y que algunos de éstos (anteriores al Pluvial de Abbassia, que es el de la emigración Sapiens a Asia) debieran haber propiciado algunos flujos intercontinentales, incluyendo en algún momento la emigración de los "proto-neandertales" de África hacia India (o donde fuere).

Lamentablemente la arqueología del Paleolítico inferior y medio en Asia meridional no está muy desarrollada (aunque hay mejoras recientes) y nos faltan muchos datos. Como en el caso de la emigración sapiens, la evidencia que se va acumulando parece demandar una profundización en este estudio de la prehistoria de Asia (y quizás también de África). Al final Europa no es más que un subcontinente, una región menor del planeta, que no nos engañe la proyección de Mercator: comparada con África (30 millones km²) o Asia (45 millones km²) no es más que una "península" no demasiado grande (10 millones de km²) y clima más bien hostil durante la mayor parte de la Prehistoria.

Espero que esto sirva como impulso para mejorar el conocimiento de la Prehistoria asiática y en general extra-europea, porque es muy necesario.

Millan Mozota dijo...

Gracias a ambos por vuestros comentarios. Decir que vuestras ideas e hipótesis me parecen interesantes, dentro de que todo en este punto es muy tentativo y exploratorio, ya que las tesis más tradicionales parecen necesitar un remplazamiento o al menos un buen lavado de cara.
Maju, nunca había oído hablar de este fósil: homínino de Hathnora (Narmada, India). Voy a buscar información, gracias.

Maju dijo...

Me sorprende. Pensaba que estarías al menos mínimamente familiarizado con estos restos de Hathnora. El más famoso es un cráneo parcial (sin la "cara" pero con casi toda el área "cerebral" de una mitad) que tiene forma y dimensiones muy neandertales (inclusive una capacidad craneana similar a la nuestra). Más recientemente hubo un estudio de restos postcraneales (http://www.scirp.org/journal/PaperDownload.aspx?paperID=21726) que encontró una correspondencia prácticamente perfecta con los neandertales.

Hasta hace poco yo me inclinaba por que fuera una rama independiente de los heidelbergensis pero quizá más que una rama es un tronco...

Este es un estudio tecno-cultural de 1985 que habla de contextos achelenses tardíos (pero creo que luego se re-dató a fechas bastante más antiguas): http://scholarspace.manoa.hawaii.edu/bitstream/handle/10125/16953/AP-v27n2-193-203.pdf?sequence=1

Los siguientes links tienen fotos del cráneo (lateral, superior y frontal):

http://articles.timesofindia.indiatimes.com/2012-12-05/science/35619491_1_fossils-bone-hominin

http://www.fondationiph.org/spip.php?article70

http://www.downtoearth.org.in/content/loneliness-narmada-human

Para más búsquedas usa tanto las claves "Hathnora" como "Narmada" porque se le conoce con ambos nombres.

Millan Mozota dijo...

Pues ese homínido tiene un aire neandertal sí, aunque también a población (asiática?) del Pleistoceno medio. Muchas gracias, Maju.

Anónimo dijo...

Hallazgo de hachas de mano neandertales en la comarca del Maresme.

Yuri dijo...

Hola, Millan. Sigo tu blog, acabo de encontrarme esta noticia sobre el Neandertal y estoy seguro de que te va a interesar mucho: :-)

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2014-04/uoy-rsn040914.php

Un saludo,

Yuri