Neanderthalers erfden Y-chromosoom van moderne mens

Mogelijk gaf het sapiens-Y-chromosoom een selectief voordeel en verving het na verloop van tijd alle neanderthaler-Y-chromosomen. Voor deze studie in Science werd onder meer het DNA van een neanderthalerfossiel uit Spy geanalyseerd.

Tot zo’n 40 000 jaar geleden leefde de anatomisch moderne mens in Europa en Centraal-Azië zij aan zij met neanderthalers. Ze beconcurreerden elkaar om voedsel en territorium, maar kropen ook wel eens lekker dicht bijeen. Zo lieten onze robuustere neven en nichten hun sporen na in ons DNA, of we nu Aziatische, Europese of zelfs Afrikaanse voorouders hebben (zoals een recente studie aantoonde).

Nu is er nieuw bewijs dat ook het omgekeerde gebeurd is. Homo sapiens heeft zijn stempel stevig in het DNA van de neanderthalers gedrukt, met name in hun Y-chromosoom - het geslachtschromosoom dat wordt overgeërfd van vader op zoon. Dat blijkt uit een nieuwe studie onder leiding van het Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology in Leipzig (Duitsland), waaraan ook het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen meewerkte. Het Y-chromosoom van de anatomisch moderne mens veegde zijn neanderthaler-tegenhanger zelfs volledig van de baan!

Vissen naar DNA

De onderzoekers moesten eerst op zoek naar geschikte neanderthalerresten voor DNA-analyse. Ze identificeerden drie mannelijke neanderthalers - waaronder één uit België - en twee Denisovamensen, nauwe verwanten van de neanderthalers, die in de Denisovagrot in Siberië leefden.

Fragment van onderkaak en rechter bovenkies van neanderthaler Spy I uit de KBIN-collecties. Foto: P. Semal (KBIN)

Het Belgisch staal is afkomstig uit tandmateriaal van een van de neanderthalers van Spy. In 1886 zijn gedeeltelijke skeletten – van twee volwassenen en een kind - ontdekt in de grot van Spy bij Namen, die momenteel bewaard worden in het Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen. Het zijn de meest recent gedateerde neanderthalers tot nu toe, van zo’n 40.000 jaar oud.

De wetenschappers ontwierpen probes, kleine stukjes enkelstrengig DNA waarmee door middel van hybridisatie een specifiek DNA-fragment herkend kan worden. Met stukjes DNA van Y-chromosomen van moderne mannen ’visten‘ ze in restanten van neanderthaler- en Denisovamens-Y-chromosomen naar complementaire fragmenten, waaraan de probes zich binden. Deze ultramoderne techniek kan werken, omdat er tussen de chromosomen van neanderthalers en moderne mensen slechts minieme verschillen zijn.

Volledig vervangen

Zo ontdekten ze dat Y-chromosomen van neanderthalers héél veel gemeen hebben met die van moderne mannen, veel meer dan met die van denisovamensen. ‘Dit was een verrassing voor ons. We weten van de studie van het autosomale DNA dat neanderthalers en Denisovamensen sterk met elkaar verwant waren, en dat mensen vandaag slechts verre neven zijn, evolutionair gezien. We hadden verwacht dat hun Y-chromosomen eenzelfde plaatje zouden vertonen’, zegt Martin Petr, hoofdauteur van de studie.

De gelijkenis gaat zelfs zo ver dat de wetenschappers concludeerden dat het neanderthaler-Y-chromosoom volledig is vervangen door dat van de moderne mens. De kans dat zo’n totale ‘hijack’ van een heel chromosoom louter door toeval gebeurt, is echter klein. De wetenschappers vermoeden dat er natuurlijke selectie moet zijn geweest. Ze gebruikten computersimulaties die aantoonden dat neanderthalerpopulaties te klein waren om zich gezond in stand te kunnen houden. Door inteelt krijgen leden van kleine populaties vaak te maken met een opeenstapeling van schadelijke mutaties in hun genoom, zeker op de geslachtschromosomen, die een belangrijke rol spelen in reproductie en vruchtbaarheid.

De vroege moderne mensen hadden grotere, genetisch meer diverse populaties. Volgens de ‘vervangingshypothese’ van deze studie erfden zonen van sapiensvaders en neanderthalermoeders het ‘fittere’ Y-chromosoom van hun vaders, wat hen een selectief voordeel gaf ten opzichte van hun ‘puur’ neanderthaler-medemensen. Generatie na generatie had een steeds groter deel van de neanderthalermannen een sapiens-Y-chromosoom, en na verloop van tijd waren alle neanderthaler-Y-chromosomen vervangen door dat van de moderne mens. In een eerdere studie is eenzelfde patroon vastgesteld voor mitochondriaal DNA van neanderthalers (DNA dat uitsluitend door de moeder wordt overgedragen aan kinderen van beide geslachten).

Niet onze voorouders

De onderzoekers berekenden dat de recentste gemeenschappelijke voorouder van het Y-chromosoom van de neanderthaler en van de moderne mens rond 370.000 jaar geleden leefde. Dat impliceert dat de voorouders van neanderthalers en die van de eerste moderne mensen al genen uitwisselden vóór de grote ‘out of Africa’-uittocht van de moderne mens. Dit impliceert dat een groep die nauw verwant was met vroege moderne mensen, al aanwezig moet zijn geweest in Eurazië op dat moment.

Opvallend is dat die vroege moderne mensen niet onze voorouders zijn. De sporen van neanderthaler-DNA in onze genen hebben we namelijk geërfd tussen 50.000 en 70.000 jaar geleden. De vroege moderne mensen die hun Y-chromosoom aan neanderthalers gaven, maakten waarschijnlijk deel uit van een populatie die al tussen 100.000 en 370.000 jaar geleden uit Afrika migreerde en vervolgens uitstierf.