*Materiał publikujemy w ramach Programu Partnerskiego Onetu. Więcej podobnych treści znajdziecie na OKO.press.
Czy istnienie ludzkości jest szczęśliwym przypadkiem?
Tak sugerują naukowcy, którzy niedawno opublikowali badania w tygodniku „Science”. Grupa naukowców z Szanghaju przyjrzała się ludzkim genom i doszła do wniosku, że około 930 tys. lat temu ludzka populacja skurczyła się do zaledwie 1280 osobników i pozostawała na podobnym poziomie przez niemal 100. tys. kolejnych lat.
Jest nas dziś osiem miliardów. I wszyscy pochodzimy od potomków tego nieco ponad tysiąca pierwotnych ludzi.
Owe 900 tys. lat temu żył Homo erectus (człowiek wyprostowany), z którego wyłonił się (około 600 tys. lat temu) gatunek Homo heidelbergensis, a zeń dopiero (około 300-200 tys. lat temu) Homo sapiens oraz neanderthalensis.
W języku polskim jednak nazwie rodzajowej Homo przypisywana jest nazwa zwyczajowa „człowiek”. Dla uproszczenia nazwijmy więc naszych odległych przodków sprzed prawie miliona lat po prostu ludźmi.
Warianty genów, czyli podróż w czasie
Skąd naukowcy wiedzą, że populacja ludzi owe 930 tys. lat temu się tak skurczyła? To skomplikowane.
Każdy organizm rozmnażający się płciowo ma dwie kopie genów – jedną kopię po każdym z rodziców. Te kopie nie zawsze są identyczne, przy podziałach komórek zdarzają się bowiem przypadkowe mutacje.
Im bardziej dwie kopie różnią się od siebie, tym większe prawdopodobieństwo, że mutacja nastąpiła dawno temu. I odwrotnie, podobne do siebie kopie genów oznaczają, że mutacja jest stosunkowo niedawna.
Jeśli znamy przeciętne tempo mutacji genów w populacji, można z grubsza określić, kiedy dana mutacja powstała. Szacuje się, że u ludzi co pokolenie mutacji ulega od 30 do około 60 genów. Mamy ich (licząc łącznie z genami RNA, które nie kodują żadnych białek) ponad 60 tys. Statystycznie oznacza to, że jeden gen ulega jednej mutacji mniej więcej raz na tysiąc pokoleń.
Takie obliczenia pozwalają określić, kiedy mniej więcej nastąpiła mutacja w obrębie danego genu. Przykładowo (i w uproszczeniu), jeśli w populacji jest pięć różnych wariantów genu, ich „wspólny przodek” istniał najpewniej około pięciu tysięcy pokoleń temu. Zakładając, że ludzkie pokolenia wymieniają się co około 20 lat, było to mniej więcej 100 tys. lat temu.
Genetyczna genealogia
Dzięki technikom analizy genetycznej wiemy, że ludzie zaczęli migrować z Afryki około 70 tys. lat temu (wcześniej poza ten kontynent wędrowali krewni Homo sapiens: neandertalczycy i denisowianie), udomowili psy około 20 tys. lat temu (prawdopodobnie na Syberii) i zaczęli pić mleko około 6 tys. lat temu (jeśli pili je wcześniej, było niestrawne).
Są to rzecz jasna szacunki. Badanie jednego genu (na przykład pozwalającego na trawienie laktozy z mleka) jest obarczone marginesem błędu. Czasem całkiem sporym.
Jednak w ten sposób można badać wiele różnych genów. A na tej podstawie można już tworzyć genetyczne „drzewa genealogiczne” genów całych populacji. Wtedy margines błędu jest znacznie mniejszy.
Genetyczne „liczenie głów”
Analiza genetyczna pozwala też oszacować liczebność przeszłych populacji. W większej populacji jest więcej różnych wariantów tego samego genu, a w małej – mniej. Gdy populacja się kurczy, potomkowie nielicznych przodków mają kopie tylko tych nielicznych wariantów genów, które przetrwały.
Szanghajscy naukowcy na podstawie takich genetycznych analiz doszli do wniosku, że około 930 tys. lat temu na świecie musiało żyć nie więcej niż 1280 osobników rodzaju Homo. Gdyby żyło ich więcej, nasza różnorodność genetyczna byłaby dziś o wiele większa.
Był to dość trudny okres w klimatycznej historii ziemi, gdy zlodowacenia stawały się dłuższe i rozleglejsze. I choć zlodowacenie obejmowało północ globu, Afryce przynosiło długotrwałe susze. Jest prawdopodobne, że to właśnie one drastycznie zmniejszyły liczbę przodków człowieka w tym okresie, piszą autorzy pracy opublikowanej w „Science”.
Jak szacują naukowcy, populacja pierwotnych ludzi zaczęła się powiększać dopiero około 813 tys. lat temu. Kryzys trwał więc niemal 100 tys. lat.
Czytanie z genów sprzed niemal miliona lat
Jeśli tak było w istocie – bo do analizy genów sięgającej prawie milion lat wstecz można mieć wiele zastrzeżeń.
Szympansy i goryle mają 24 pary chromosomów, ludzie 23. Autorzy przyznają, że „wąskie gardło populacji” wyznaczone przez nich przypada mniej więcej na okres, gdy z dwóch chromosomów odziedziczonych po małpich przodkach powstał jeden.
Innym wytłumaczeniem jest więc to, że powstała niewielka populacja ludzi z 23 (zamiast 24) chromosomami. A widoczne w genetycznej historii „wąskie gardło” trwające niemal sto tysięcy lat to okres, gdy mutacja ta się powoli rozprzestrzeniała.
Idealnie byłoby, gdyby naukowcy zdobyli DNA, które mogłoby te spekulacje potwierdzać. Takie okazje są jednak niezwykle rzadkie.
Na razie fałszomierz może wskazać tylko „możliwe, że 900 tys. lat temu populacja przodków ludzi skurczyła się do nieco ponad 1200”. Nie jest to jednak wcale stuprocentowo pewne. I twardych dowodów na to raczej nie zdobędziemy.
Wulkan, który (być może) sprowadził zagładę
Tu warto przypomnieć historię innego „wąskiego gardła” czy „katastrofy populacyjnej”.
Na Sumatrze, największej wyspie Indonezji, znajduje się jezioro Toba. Przez miliony lat wznosił się w tym miejscu wulkan, który wybuchł około 74 tys. lat temu. Siła eksplozji całkowicie zniszczyła wulkaniczny stożek. Była to eksplozja gargantuiczna: dzisiejsza wypełniona przez wodę kaldera ma 35 km szerokości i 100 km długości.
Erupcja trwała kilkanaście dni, podczas których wulkan wyrzucił do atmosfery między trzy a sześć tys. km sześc. popiołów. Pokryły niemal cały subkontynent indyjski warstwą grubą na kilkanaście cm.
To jednak nie popioły okazały się szczególnie dotkliwe, lecz dwutlenek siarki, który przyćmił światło Słońca. Według niektórych modeli erupcja Toby uwolniła do atmosfery około 1,5 mld ton tego gazu, co schłodziło Ziemię o 3,5 st. C. Inne modele, zakładające emisję od 0,2 do 2 mld ton dwutlenku siarki, wskazują na ochłodzenie między 2,5 a 4,1 st. C.
Ochłodzenie to nie trwało długo – modele wskazują na około pięć lat. Trudno jednak sobie wyobrazić życie ludzi pierwotnych, gdy średnie temperatury spadają aż tak bardzo. Dość wspomnieć, że nasze czasy od ostatniego zlodowacenia, gdy Europę pokrywał gruby na kilometr lód, dzieli około sześciu st. C różnicy.
Przede wszystkim, gdy robi się chłodniej, robi się też sucho. Chłodniejsze oceany słabiej parują, a zimniejsze powietrze może pomieścić mniej pary wodnej niż ciepłe. Deszcze stają się rzadsze i mniej obfite.
Badania pyłków roślinnych wskazują na długotrwałe zamieranie tropikalnych lasów w Azji Południowej po tej wulkanicznej supererupcji. Lasy deszczowe tej suszy nie przetrwały. A ludzie?
Zagłada, lecz nie wszędzie
Według niektórych analiz genetycznych wszyscy pochodzimy od tysiąca do kilku tysięcy osobników żyjących mniej więcej 70 tys. lat temu. Eksplozja Toby zbiega się zatem w czasie z (kolejnym) „wąskim gardłem” w ewolucji człowieka.
Na tak niedawną (w skali geologicznej) katastrofę można znaleźć jednak dowody archeologiczne. One nie są już tak jednoznaczne, jak ślady w genach.
W niektórych stanowiskach archeologicznych Indii (na przykład Middle Son Valley) wytwory ludzkich rąk znajdowane są tylko pod warstwą pyłów. Wyżej już ich nie ma.
W innych, jak Jurreru Valley, kamienne narzędzia znajdowane są i pod warstwą wulkanicznych osadów, i nad nią. Niektórzy twierdzą, że stanowisko to jest wyjątkowe, bo zlokalizowane w pobliżu źródeł wody. Jej dostatek pozwolił tamtejszym mieszkańcom przetrwać suszę.
Z archeologicznych śladów znajdowanych w Republice Południowej Afryki wynika, że tam erupcja Toby wcale ludziom nie zaszkodziła. Jednak znów, są to stanowiska archeologiczne o korzystnej, bo nadmorskiej lokalizacji (Pinnacle Point). Gdy brakuje roślin i zwierząt lądowych, można żywić się rybami, mięczakami i wodorostami.
Co ciekawe, analizy genetyczne wskazują, że przez „wąskie gardło populacyjne” przeszły też inne ssaki. Szympansy w Afryce Wschodniej, orangutany na Borneo, indyjskie makaki, a nawet tygrysy – wszystkie żyjące dziś osobniki są potomkami niewielkich populacji żyjących między 70 a 50 tys. lat temu.
Wielka migracja z Afryki
Niedługo po eksplozji Toby na Sumatrze, około 70 tys. lat temu, rozpoczęła się wielka migracja Homo sapiens z Afryki. Trudno stwierdzić, czy wywołały ją klimatyczne zmiany, ale to właśnie wtedy nasz gatunek zaczął z pokolenia na pokolenie przemieszczać się powoli do Europy i Azji (gdzie żyli już neandertalczycy i denisowianie).
Nasi przodkowie „wychodzili” i wcześniej z Afryki, ale były to eskapady nieudane. Pojedyncze szczątki anatomicznie podobne do ludzi współczesnych odkrywano w Grecji (datowane są na 215 tys. lat temu) i na Półwyspie Arabskim (130 do 115 tys. lat temu), a nawet w Chinach (80 tys. lat temu). Były to populacje niewielkie i raczej całkowicie wymarły.
Wszyscy dzisiejsi mieszkańcy Azji i Europy, którzy nie pochodzą od emigrantów z Afryki, i tak pochodzą od emigrantów z Afryki – tyle że sprzed 70-50 tys. lat. Prawdopodobnie były dwie osobne fale migracji: północna (przez Bliski Wschód i Kaukaz do Europy) i południowa (przez Półwysep Arabski, Indyjski do Azji, Australii i wyspy Polinezji).
Być może rzeczywiście populacja ludzi była wtedy niewielka, jak wskazują badania genetyczne. I może zawdzięczamy ten exodus wybuchowi superwulkanu. Nie ma w tym jednak nic stuprocentowo pewnego.
Im dalej w przeszłość, tym trudniej o twarde dowody. Być może kiedyś odnajdziemy fragmenty ludzkiego materiału genetycznego z czasów owej „populacyjnej katastrofy” sprzed 900 tys. lat, nie należy jednak liczyć na kompletny genom.
Najstarszy odczytany genom osobnika z rodzaju Homo należy do neandertalczyka sprzed 430 tys. lat, którego szczątki odnaleziono w Sima de los Huesos w Hiszpanii. Wtedy rozpoczęło się jedno z rozleglejszych zlodowaceń w Europie.
Nie jest to przypadek. DNA najlepiej zachowuje się w suchych warunkach i temperaturach poniżej zera (stąd tak częste doniesienia o odkrywaniu szczątków zawierających DNA na Syberii). W ciepłych i wilgotnych warunkach szybko ulega rozkładowi.
Niestety nasi bezpośredni przodkowie żyli raczej w ciepłych i wilgotnych klimatach. Kompletny odczytany genom Homo sapiens liczy tylko 45 tys. lat.
Michał Rolecki – rocznik 1976. Od dziecka przeglądał encyklopedie i już mu tak zostało. Skończył anglistykę, a o naukowych odkryciach pisał w „Gazecie Wyborczej”, internetowym wydaniu tygodnika „Polityka”, portalu sztucznainteligencja.org.pl, miesięczniku „Focus” oraz serwisie Interii, GeekWeeku oraz obecnie w OKO.press.