lunes, marzo 22, 2010

Lo que queda de Eva (entrevista a Mark Stoneking)

Aunque hacemos ímprobos esfuerzos por legar nuestros genes al acervo de la humanidad futura -la mayoría de ellos sin percatarnos- lo que va quedando de nosotros conforme se suceden las generaciones es cada vez menor. Hubo en África, hará unos 200.000 años, una mujer, seguramente de tez oscura, que, sin necesariamente ser especial en ningún sentido entre los suyos, tuvo una descendencia de la que todo ser humano vivo hoy sobre la tierra es el último eslabón. De aquella mujer ha quedado al menos un pequeño fragmento de ADN dentro de las mitocondrias que proporcionan energía a nuestras células. Es conocida como la Eva Negra o Eva Mitocondrial, y se considera una especie de madre de la humanidad moderna.

Su existencia solo podemos deducirla a partir de la secuencia de nucleótidos en el ADN mitocondrial. Así la descubrieron –y no excavando- Allan Wilson, Rebecca Cann y Mark Stoneking. En 1987 publicaron un artículo a partir del cual la hipótesis Out of Africa –según la cual los humanos tuvimos nuestra cuna en África y solo tiempo después colonizamos el mundo- ganó fuerza y se convirtió en la más comúnmente aceptada por los científicos que estudian nuestros orígenes.

Más adelante otros científicos, entre ellos Luca Cavalli-Sforza, quisieron conocer la “paternidad” y estudiaron el cromosoma sexual Y, que solo poseen y legan los machos. Desafortunadamente para los apasionados de los mitos bíblicos, nuestro Adán no vivió en la misma época que nuestra Eva. Pero esa es otra historia.

Uno de los protagonistas de la historia de Eva, Mark Stoneking, sigue trabajando en genética de poblaciones humanas, focalizando ahora su trabajo -en el Max Planck Institute- en intentar entender el papel desempeñado por la selección natural en la diferenciación racial humana.

El Profesor Stoneking ha tenido la amabilidad de respondernos unas preguntas, puestas en un correcto inglés por José Miguel. Marzo tradujo las respuestas al castellano.

En inglés:

1. Along with Rebecca L. Cann and Allan C. Wilson you followed the matrilineal mitochondrial DNA to the so called "Mitochondrial Eve" or "Black Eve". What do we know of this woman, from the DNA of women alive today?

Actually, the mitochondrial DNA (or mtDNA) is relevant to both men and women, because both men and women have it. But it does tell us only about the maternal history of our species, because only woman pass on their mtDNA to their children. And what we have learned is that all mtDNA lineages in humans today trace back to a single common ancestor who lived in Africa about 200,000 years ago. Further work has led to the view that modern humans probably arose as a species in Africa around this time, and that modern humans began migrating out of Africa around 50,000 – 70,000 years ago.

2. With other researchers you have also worked in the Neanderthal Genome Project. What does the mitochondrial DNA of Neanderthals tell us?

I have worked on Neandertal mtDNA, but while the Neandertal Genome Project is being carried out in the department I work in, I actually am not involved in that Project. The mtDNA of all Neandertals examined to date falls outside the range of modern human mtDNA variation, and thus strongly suggests that Neandertals did not contribute their mtDNA to modern humans. Whether Neandertals (or any other archaic humans) contributed any genes to modern humans is still an open question. Although there is a strong signal of a recent African origin throughout our genome (not just for mtDNA), this does not rule out some small contribution of Neandertals to our genome – the Neandertal Genome Project should answer that question.

3. Another research team (Steve Weiner, Michal Salamon, Noreen Tuross and Baruch Arensburg) has discovered a new source of DNA in fossil bones, preserved in crystal aggregates. Moreover, at one time some people toyed with the possibility of extracting dinosaur DNA from mosquitoes trapped in amber (which led to the fantasy novel by Michael Crichton and to the Steven Spielberg film). What realistic chance is there to extract genetic information from fossils and other paleontological remains? How far can we go back in time without any traces of life disappearing?

The ancient DNA field has gone from the "thrill of victory", with initial successes starting in the late 1980's leading to widespread optimism that ancient DNA would be useful for addressing all sorts of questions, to the "agony of defeat", with many claims of DNA from dinosaur bones, insects in amber, magnolia leaves in shale, etc., all falling by the wayside because of contamination. There is still no believable evidence for DNA surviving much beyond 100,000 years in any specimen. Recently, however, I would say there has been a resurgence of interest in ancient DNA, especially with the development of next-generation sequencing platforms, which are particularly well-suited for sequencing ancient DNA. So I would view the field as "cautiously optimistic" now: with a growing understanding of the problems of low DNA amounts, contamination, and DNA damage, and ways to get around these problems, ancient DNA studies are ready to fulfill at least some of the promise of the late 1980s.

4. What way do you think our species, and the species in our genus, followed in its evolution from its African cradle? What are, in your view, the milestones of human evolution?

There are still a lot of gaps in our knowledge, but based on current evidence, it seems likely that our species evolved somewhere in east Africa somewhere around 200,000 years ago. Before that it gets very complicated very quickly, with lots of potential species and ancestors for modern humans – it seems as if every new fossil discovery is a new species that completely changes our view of how humans evolved (or at least, that is what the people who find and describe the fossils typically claim!). What we can say with some degree of certainty is that our lineage split from that of our nearest living neighbors, chimpanzees, some 5-7 million years ago. As to the important milestones of human evolution, well, that is the primary mission of our institute (What makes humans human?), so the research is still going on. Still, we can point to some obvious features that distinguish humans from chimpanzees, such as bipedalism, larger brains, smaller teeth, language and cognition, reliance on culture, etc.

5. What genetic variability can be found in human populations? How are genes distributed on a map?

If you take all of the genetic variation in the worldwide human population, and ask how much of that variation is due to differences among individuals from the same population, and how much is due to differences among individuals from different populations, the answer is that about 85% of the genetic variation is shared among populations and only 15% is different among populations. In other words, any individual human population has about 85% of the genetic variation of the entire human species, so genetically humans are quite closely-related to one another. Still, there are some important genetic variants in the 15% that distinguishes populations, important in the sense that these particular genetic variants may have increased in frequency because they were selectively advantageous in particular populations. Understanding the role of natural selection in between-population differences is an interesting (and difficult) question that we and many other groups are currently investigating.

6. You have looked into the past with remarkable success. How do you see the future of our species? Is an era of artificial selection going to begin, with the new genetic knowledge? Is man going to direct his own evolution?

Whenever I am asked to predict the future, I am reminded of the old quote by Mark Twain, who in commenting on extrapolations about the future course of the Mississippi River based on recent history, ended up concluding that "There is something fascinating about science. One gets such wholesale returns of conjecture out of such a trifling investment of fact." Still, there are those who would argue that biological evolution in humans has stopped, because of culture. I instead think that culture itself has influenced our biological evolution, and is likely to continue doing so in the future. The tools necessary for us to manipulate our own germline and hence direct our evolution do not yet exist, and at the moment there are difficult problems to solve. But if recent history is any guide, it is that the technology will develop a lot quicker than predicted, so people do need to be aware of what is going on and how this technology could be used. Indeed, there are already indications that humans are influencing their evolution in terms of selecting the sex of their child (as witness recent developments in China and India, for example), which is having social consequences (i.e., with more males than females in some societies, males are having a hard time finding mates).

7. What are you now working on? What mystery would you wish to unravel?

As mentioned above, one topic we are working on has to do with the role of natural selection in influencing human populations. Given that modern humans evolved in Africa and then began spreading around the world about 50,000 – 70,000 years ago, to what extent did humans have to adapt to new local conditions (environment, climate, diseases, parasites, nutritional sources, etc.) by natural selection? Modern genomics gives us tools for screening the genome for signals of selection in particular populations, but determining which of these signals are real and which are false positives, and then figuring out what the reason is for a particular signal of selection at a particular gene in a particular population, remain elusive and challenging. Ultimately, as an anthropologist, I would like to know what were the major stories involved as humans spread around the globe.

En castellano:

1. Junto con Rebecca L. Cann y Allan C. Wilson, ha seguido usted la línea materna del ADN mitocondrial hasta la llamada "Eva mitocondrial" o "Eva negra". ¿Qué sabemos de esta mujer a partir del ADN de las mujeres hoy vivas?

En realidad, el ADN mitocondrial (o ADNmt) es relevante tanto para varones como para mujeres, ya que tanto varones como mujeres lo tienen. Pero sí que nos habla sólo de la historia materna de nuestra especie, porque sólo las mujeres transmiten su ADNmt a sus hijos. Y lo que hemos sabido es que todos los linajes de ADNmt de los humanos de hoy se remontan a una sola antepasada común que vivió en África hace unos 200.000 años. Trabajos adicionales han llevado a la opinión de que los humanos modernos probablemente surgieron como especie en África aproximadamente en esa época, y de que los humanos modernos empezaron a emigrar de África hace unos 50.000 a 70.000 años.

2. También ha trabajado usted junto con otros investigadores en el Proyecto Genoma Neandertal. ¿Qué nos dice el ADN mitocondrial de los neandertales?

He trabajado en ADNmt neandertal, pero aunque el Proyecto Genoma Neandertal se lleva en el departamento en el que trabajo yo no intervengo en él. El ADNmt de todos los neandertales examinados hasta la fecha está fuera del rango de variación del ADNmt humano moderno, lo que sugiere con fuerza que los neandertales no aportaron su ADNmt a los humanos modernos. Si los neandertales (o cualesquiera otros humanos arcaicos) aportaron genes a los humanos modernos aún es una cuestión abierta. Aunque hay una fuerte señal de un origen africano reciente por todo nuestro genoma (no sólo en el ADNmt), esto no descarta alguna pequeña contribución de los neandertales; el Proyecto Genoma Neandertal debería resolver esta cuestión.

3. Otro equipo de investigación (Steve Weiner, Michal Salamon, Noreen Tuross y Baruch Arensburg) ha descubierto una nueva fuente de ADN preservado en agregados cristalinos en huesos fósiles. En alguna ocasión se acarició la idea de extraer ADN de dinosaurio de mosquitos atrapados en ámbar (lo que llevó a la novela fantástica de Michael Crichton y a la película de Steven Spielberg). ¿Qué probabilidades hay, en realidad, de extraer información genética de fósiles y otros restos paleontológicos? ¿Cuánto podemos remontarnos en el tiempo sin que desaparezca todo rastro de vida?

El campo del ADN antiguo ha pasado del "júbilo de la victoria", con éxitos iniciales desde fines de los años 80 que llevaron a un amplio optimismo que consideraba que el ADN antiguo sería útil para resolver toda clase de cuestiones, a la "agonía de la derrota", con muchas afirmaciones de hallazgos de ADN en huesos de dinosaurio, insectos en ámbar, hojas de magnolia en esquisto, etcétera, caídas víctimas de la contaminación. Aún no hay evidencia creíble de que el ADN sobreviva mucho más de 100.000 años en ninguna muestra. Recientemente, sin embargo, diría que ha habido un resurgimiento del interés en el ADN antiguo, especialmente con el desarrollo de la última generación de plataformas de secuenciado, que son particularmente adecuadas para secuenciar ADN antiguo. Así que yo vería ahora al campo "cautelosamente optimista": con una creciente comprensión de los problemas de las pequeñas cantidades de ADN, la contaminación y el daño del ADN, y modos de sortear estos obstáculos, el estudio del ADN antiguo está preparado para cumplir al menos algunas de las promesas de fines de los 80.

4. ¿Qué camino piensa que siguió nuestra especie, y las especies de nuestro género, en su evolución desde su cuna africana? ¿Cuáles son, en su opinión, los hitos de la evolución humana?

Hay aún muchas lagunas en nuestros conocimientos, pero según la evidencia disponible parece verosímil que nuestra especie evolucionara en algún lugar del África oriental en algún momento hace unos 200.000 años. Antes de eso la cosa se complica mucho y muy rápidamente, con muchas especies y antepasados potenciales para los humanos modernos; parece como si cada nuevo descubrimiento de un fósil cambiara por completo nuestra opinión sobre cómo evolucionaron los humanos (¡o, al menos, eso es lo que típicamente afirman quienes descubren y describen los fósiles!). Lo que podemos decir con algún grado de certidumbre es que nuestro linaje se separó del de nuestros vecinos vivos más próximos, los chimpancés, hace unos cinco a siete millones de años. En cuanto a los hitos importantes de la evolución humana, bueno, esa es la misión principal de nuestro instituto (¿qué hace humanos a los humanos?), así que la investigación aún continúa. Pero podemos señalar algunos rasgos obvios que distinguen a humanos de chimpancés, como el bipedismo, los cerebros más grandes, los dientes más pequeños, el lenguaje y la cognición, la dependencia de la cultura, etcétera.

5. ¿Qué variabilidad genética puede hallarse en las poblaciones humanas? ¿Cómo se distribuyen los genes en un mapa?

Si se toma toda la variación genética de la población humana en todo el mundo y se pregunta cuánta de esa variación se debe a diferencias entre individuos de la misma población y cuánta se debe a diferencias entre individuos de diferentes poblaciones, la respuesta es que aproximadamente el 85% de la variación genética es compartida entre poblaciones y sólo el 15% es diferente entre poblaciones. En otras palabras, una población humana cualquiera tiene aproximadamente el 85% de la variación genética de la especie humana entera, así que genéticamente los humanos están muy próximamente emparentados entre sí. Aun así, hay algunas variantes genéticas importantes en el 15% que distingue poblaciones, importantes en el sentido de que estas particulares variantes genéticas pueden haber aumentado su frecuencia porque fueron selectivamente ventajosas en poblaciones particulares. Entender el papel de la selección natural en las diferencias entre poblaciones es una cuestión interesante (y difícil) que nosotros y muchos otros grupos estamos ahora investigando.

6. Ha mirado usted en el pasado con notable éxito. ¿Cómo ve el futuro de nuestra especie? ¿Va a empezar una época de selección artificial, con los nuevos conocimientos genéticos? ¿Va a dirigir el hombre su propia evolución?

Siempre que me piden que prediga el futuro me acuerdo de la vieja cita de Mark Twain, quien comentando las extrapolaciones sobre el futuro curso del río Misisipi basadas en su historia reciente acabó concluyendo: "Hay algo fascinante en la ciencia. Se obtienen enormes rendimientos en conjeturas de insignificantes inversiones en hechos". Sin embargo, hay quien argumentaría que la evolución biológica se ha detenido en los humanos a causa de la cultura. Pero yo pienso que la propia cultura ha influido en nuestra evolución biológica, y es probable que lo siga haciendo en el futuro. Las herramientas necesarias para que manipulemos nuestra propia línea germinal y por tanto dirijamos nuestra evolución no existen aún, y de momento hay difíciles problemas por resolver. Pero si la historia reciente sirve de alguna orientación nos dice que la tecnología se desarrollará con mucha más rapidez que la predicha, así que la gente necesita ser consciente de lo que está pasando y de cómo podría usarse esta tecnología. En verdad, hay ya indicios de que los humanos están influyendo en su evolución en términos de seleccionar el sexo de sus hijos (como atestiguan situaciones recientes en China e India, por ejemplo), lo que está teniendo consecuencias sociales (esto es, con más varones que mujeres en algunas sociedades, los varones tienen más difícil encontrar pareja).

7. ¿En qué trabaja ahora? ¿Qué misterio querría resolver?

Como he mencionado arriba, un asunto en el que estamos trabajando tiene que ver con el papel de la selección natural en la poblaciones humanas. Dado que los humanos modernos evolucionaron en África y luego empezaron a extenderse por el mundo hace unos 50.000 a 70.000 años, ¿hasta qué punto tuvieron que adaptarse a nuevas condiciones locales (entorno, clima, enfermedades, parásitos, fuentes de nutrición, etcétera) mediante selección natural? La moderna genómica nos proporciona herramientas para revisar el genoma en busca de señales de selección en poblaciones particulares, pero determinar cuáles de estas señales son reales y cuáles son falsos positivos, y luego averiguar cuál es la razón para una particular señal de selección en un particular gen en una población en particular, sigue siendo elusivo y difícil. En definitiva, como antropólogo que soy, me gustaría saber cuáles fueron las principales historias que tuvieron lugar mientras los humanos se extendían por el globo.