ما وراء النياندرتال: بصمات سلالة بشرية شبحية في حمضنا النووي الأفريقي

لطالما اعتقدنا أن سجل أسلافنا البشري واضح المعالم، حيث يحتل تزاوجنا مع أقرب أقاربنا، إنسان النياندرتال والدينيسوفان، مكانة مركزية. فقد مكنتنا جينوماتهم من فهم التسلسلات المشتركة في حمضنا النووي، ورسم صورة تبدو مكتملة.

لكن الواقع أكثر تعقيدًا؛ فمع تحليل مجموعات كبيرة من البيانات الجينومية، بدأت تظهر تلميحات منتظمة عن أصول غريبة وغير مفسرة في جينوماتنا. كان من الصعب تحديدها بدقة، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن نسبة 2% من حمض النياندرتال النووي الموجودة في العديد من المجموعات السكانية لا تضمن أن يكون لدى أي فردين نفس النسبة. هذه التلميحات تقودنا اليوم إلى فصل جديد ومثير: اكتشاف سلالة بشرية شبحية تركت بصماتها على حمضنا النووي.

بالاستفادة من معرفتنا المتزايدة بالحمض النووي لإنسان النياندرتال والدينيسوفان، تمكن الباحثون الآن من طرح سؤال محوري: هل توجد أصول أخرى غير مكتشفة؟ باستخدام تقنيات تحليلية متطورة حديثًا، عثر العلماء على أدلة قوية على سلالة ثالثة يبدو أن أسلافنا تزاوجوا معها قبل مغادرة البشر المعاصرين للقارة الأفريقية. على الرغم من وجود تلميحات سابقة لهذا الاكتشاف، إلا أنه لا يوجد حتى الآن جينوم من قريب بشري معاصر لمساعدتنا في فهم التفاصيل، ولذلك يظل مصدر هذا الحمض النووي سلالة شبحية غامضة.

قديمة، ومع ذلك شابة

يعتمد هذا العمل الجديد، الذي قام به فريق مقره في بيركلي إلى حد كبير، على التطورات في مجال التحليل الجينومي. أي موقع في جينوم شخص معين هو نتاج خليط من النسب المشترك والطفرات العشوائية، ويمكن أن تتغير علاقته بجيرانه عن طريق عملية إعادة التركيب (Recombination)، عندما تتبادل أزواج الكروموسومات أجزاء من الحمض النووي.

مع وجود ما يكفي من البيانات الجينومية، يمكن استخدام أجهزة الكمبيوتر لإعادة بناء ما يسمى بـ رسوم إعادة التركيب السلفية (Ancestral Recombination Graphs) التي تحاول إعادة بناء هذا التاريخ. لكل قاعدة في الجينوم، تقدر هذه الرسوم تاريخها: كم عدد الأجيال التي مضت منذ ظهور هذه القاعدة بالذات لأول مرة في الجينوم ومتى كانت مشاركة في عمليات إعادة التركيب. بسبب العشوائية في بعض هذه الأمور والتعقيدات مثل عمليات الحذف، قد تكون العديد من الاستنتاجات الفردية حول التاريخ خاطئة. لكن هذه الأخطاء من المرجح أن تكون استثناءات، ويجب أن تكون الصورة المتوسطة عبر ثلاثة مليارات قاعدة في الجينوم غنية بالمعلومات.

قام فريق بيركلي بوضع بعض الاستنتاجات حول الشكل الذي يجب أن تبدو عليه رسوم إعادة التركيب السلفية هذه في الحالات التي ساهمت فيها سلالة منفصلة بالحمض النووي للبشر المعاصرين (عملية تُعرف باسم التهجين الداخلي أو Introgression). أحد هذه الاستنتاجات هو أنه يجب أن تكون هناك مجموعة من التسلسلات التي تبدو قديمة بشكل ثابت، لأنها لا يجب أن تحتوي على العديد من المتغيرات نفسها التي اكتسبتها جينومات البشر المعاصرين بينما كانت السلالات منفصلة.

عادةً، التسلسلات التي كانت موجودة لفترة طويلة لديها فرص أكبر للمشاركة في عمليات إعادة التركيب. لكن هذه التسلسلات أُعيد إدخالها إلى الجينوم البشري في وقت لاحق من تاريخنا، لذا يجب أن تكون إعادة التركيب أقل تكرارًا بكثير مقارنة بجينوم كان موجودًا في سلالة البشر المعاصرين طوال الوقت.

لذلك، يجب أن يمتلك أي جزء من الجينوم الذي تهجّن من سلالة منفصلة خاصيتين: يجب أن تبدو العديد من قواعده قديمة بمعنى مدى إمكانية تتبع أصلها المشترك، ومع ذلك يجب أن تبدو شابة من حيث مقدار إعادة التركيب التي حدثت. وعليه، طور الباحثون أداة برمجية أطلقوا عليها اسم TRACE للبحث عن هذه التسلسلات.

مثل الشبح

لاختبار الأداة، كانت لديهم أمثلة مناسبة: تسلسلات النياندرتال والدينيسوفان التي حددناها بالفعل في الجينوم البشري. إذا لم تتمكن TRACE من تمييزها، فلن تعثر على أي شيء آخر مفيد. لا يزال تطوير رسوم إعادة التركيب السلفية قيد التنفيذ، لذا استخدم الباحثون أداتين مختلفتين لإنشائها واختاروا الأداة التي أنتجت أفضل النتائج. وقد أسفر هذا الدمج عن معدل اكتشاف خاطئ منخفض جدًا (أقل من ربع بالمائة) مع دقة تجاوزت 90 بالمائة.

وفي عرض آخر، أجرى الباحثون التحليل على المجموعات السكانية الأفريقية، التي تلقت حمض النياندرتال والدينيسوفان النووي فقط عندما هاجر الأفراد من أوراسيا عائدين إلى إفريقيا. وجدت أداة TRACE نسبة 0.1 بالمائة فقط من النسب من هذه السلالات العتيقة في الجينومات الأفريقية، وهو ما يتوافق مع معدل الخطأ المنخفض لديها.

بتحليل حوالي 500 جينوم بشري حديث، استخرجت TRACE شرائح النياندرتال والدينيسوفان المتوقعة. لكنها كشفت أيضًا عن كمية كبيرة من الحمض النووي من سلالة شبحية. كانت النسبة صغيرة، حوالي 0.5 إلى 1.1 بالمائة من الجينومات البشرية الحالية. لكنها، مجتمعة، غطت ما يقرب من 1.5 مليار قاعدة. وللتوضيح، يبلغ حجم الجينوم البشري الكامل ثلاثة مليارات قاعدة.

كانت هذه السلالة الشبحية موجودة في جميع المجموعات السكانية البشرية الحديثة، مما يشير إلى أن التهجين حدث قبل توسع البشر خارج إفريقيا. لكن المجموعات السكانية الأفريقية تحمل شرائح أكثر تنوعًا وبعض الشرائح المميزة، كنتيجة لفقدان جزء من التنوع عندما توسع جزء فقط من إجمالي السكان إلى أوراسيا. في الواقع، تمكن الباحثون من تحديد حوالي 100 منطقة في الجينوم تفتقر تمامًا إلى الحمض النووي للسلالة الشبحية في المجموعات السكانية غير الأفريقية.

بناءً على آخر سلف مشترك للتسلسلات، يقدر الباحثون أن هذه السلالة تشاركت آخر سلف مشترك مع البشر المعاصرين منذ أكثر من 800,000 عام، مما يجعلها بنفس عمر الانفصال عن سلف النياندرتال والدينيسوفان. إن الشرائح الموجودة في الجينوم البشري أقصر، في المتوسط، من شرائح النياندرتال والدينيسوفان. وهذا يعني أنها كانت موجودة في الجينوم البشري الحديث لفترة أطول، وهو ما يتوافق مع وصولها قبل مغادرة البشر المعاصرين لإفريقيا.

يحتوي الجينوم البشري الحديث على مناطق، تسمى صحاري (deserts)، تفتقر تمامًا إلى حمض النياندرتال والدينيسوفان النووي. وقد أدى ذلك إلى الاقتراح بأن الجينوم البشري لا يستطيع تحمل متغيرات مختلفة بشكل كبير في هذه المناطق. لكن حمض السلالة الشبحية النووي يظهر في صحاري النياندرتال والدينيسوفان على حد سواء. لذا يبدو أن هناك شيئًا إشكاليًا بشكل فعال في الحمض النووي لتلك السلالات في هذه المناطق.

السلالة العتيقة الفائقة

يشير أمر آخر اقترحته بيانات أخرى إلى أن سكان الدينيسوفان قد خضعوا أيضًا لحلقة منفصلة من التهجين، هذه المرة مع سلالة أقدم بكثير. يبدو أن هذه السلالة العتيقة الفائقة (Super Archaic) قد انفصلت عن البشر المعاصرين في وقت أبكر بكثير، مما يشير إلى أنها جاءت من الإنسان المنتصب (Homo erectus) أو سلف بشري آخر. نظرًا لأن بعض المجموعات السكانية —خاصة في جنوب شرق آسيا وأوقيانوسيا— لديها مستويات عالية نسبيًا من حمض الدينيسوفان النووي، فمن المحتمل أن بعضًا من هذا الحمض النووي العتيق الفائق قد شق طريقه إلى جينوماتنا.

بحث الفريق عن هذه السلالة، باحثين عن حمض نووي يبدو أقدم بكثير من السلالات الثلاث المعروفة. الكمية ليست كبيرة—حوالي 0.3 بالمائة فقط من حمض الدينيسوفان النووي في جينومات أوقيانوسيا يمكن إرجاعه إلى السلالة العتيقة الفائقة. لذا، على الرغم من أن جزءًا صغيرًا جدًا من الجينومات لدى بعض البشر المعاصرين يأتي من هذا التهجين، إلا أنه موجود بالفعل. ويبدو أنه يأتي من سلالة تفرعت عن سلالتنا منذ ما يقرب من 1.8 مليون سنة.

لا يتعمق البحث كثيرًا في أهمية هذه التسلسلات العتيقة. إنها أقل شيوعًا في محيط الجينات، ولكن بعض الجينات القريبة غالبًا ما تشارك في عمليات الأيض والوظيفة المناعية. ومع ذلك، ليس من الواضح ما إذا كانت هذه المتغيرات القديمة قابلة للتكيف بأي شكل من الأشكال. كما أنه من المستحيل قول الكثير عن السلالة الشبحية بخلاف حقيقة أن أسلافنا واجهوها في إفريقيا.

ومع ذلك، لدينا الآن عينات من كمية لا بأس بها من حمضها النووي. وهناك دائمًا فرصة أن يكشف لنا الحمض النووي القديم أو علم الآثار المزيد عن ماهية هذه الأشباح في نهاية المطاف.