Ο άνθρωπος του Νεάντερταλ

Ο Σβάντε Παίμπο είναι σήμερα διευθυντής του Τμήματος Γενετικής στο Ινστιτούτο Εξελικτικής Ανθρωπολογίας Max Plank της Λειψίας. Ο τίτλος αυτός όμως δεν λέει πολλά: ο σουηδοεσθονός επιστήμονας είναι ο πατέρας της μελέτης του αρχαίου DNA και στην πραγματικότητα είναι ο επιστήμονας που ξαναγράφει την ιστορία του ανθρώπινου είδους.
Ολα άρχισαν όταν ο 64χρονος σήμερα Σβάντε ήταν 13 ετών. Η μητέρα του κι εκείνος ταξίδεψαν στην Αίγυπτο για να θαυμάσουν τις πυραμίδες. Ο νεαρός γοητεύθηκε τόσο από τον πολιτισμό των αρχαίων Αιγυπτίων ώστε οι πρώτες του σπουδές περιελάμβαναν και Αιγυπτιολογία. Ακολούθησαν ιατρικές σπουδές και ερευνητική δραστηριότητα. Οπως αποκαλύπτει όμως στο βιβλίο του, η ιδέα ότι μπορεί να υπάρχει διατηρημένο DNA στις μούμιες ήταν η αρχή μιας επιστημονικής αναζήτησης που συνεχίζεται ακόμη.
Οι τακτικοί αναγνώστες του ΒΗΜΑ-Science θα θυμούνται ίσως ότι τα ευρήματα του Σβάντε Παίμπο έχουν αποτελέσει αφορμή για εκτενή άρθρα μας. Και πώς θα μπορούσαμε να αδιαφορήσουμε για αυτά; Μέχρι και τον περασμένο αιώνα η σχέση του ανθρώπινου είδους με τα άλλα ανθρωποειδή μπορούσε να μελετηθεί μόνο με τη βοήθεια απολιθωμάτων. Αλλά τα απολιθώματα δεν μπορούν να αποκαλύψουν με βεβαιότητα ότι δύο πληθυσμοί έχουν συνυπάρξει ή/και έχουν αναπαραχθεί μεταξύ τους. Χάρη στη δουλειά του Παίμπο (και φυσικά στην έκρηξη της αλληλούχησης γονιδιωμάτων) γνωρίζουμε σήμερα ότι οι σύγχρονοι Ευρωπαίοι και Ασιάτες φέρουμε στο γονιδίωμά μας και γενετικό υλικό των Νεάντερταλ σε ποσοστό 1,5%-2,1%. Με δεδομένο ότι αυτό δεν συμβαίνει με τους Αφρικανούς, εξάγεται το συμπέρασμα πως οι πρόγονοί μας που άφησαν την Αφρική συνυπήρξαν και συνευρέθηκαν με τους Νεάντερταλ.
Το βιβλίο του Παίμπο γράφτηκε το 2014. Ετσι δεν υπάρχουν εκεί τα εξαιρετικά ευρήματά του από τη μελέτη των Ντενίσοβαν (μόλις στα τέλη του 2018 η ερευνητική ομάδα του μας πληροφόρησε για την ύπαρξη ενός υβριδίου Νεάντερταλ – Ντενίσοβαν). Υπάρχει όμως όλη η γοητευτική διαδρομή του που συν τοις άλλοις είναι και ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο προχωρεί η επιστήμη: με εμπόδια, με χαρές και απογοητεύσεις, με φίλους και εχθρούς.
Σήμερα σας δίνουμε μια πρόγευση. Το «κυρίως γεύμα» κυκλοφορεί από αύριο από τις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.

«… ένα ερώτημα άρχισε σταδιακά να γεννιέται στο μυαλό μου. Ηταν απαραίτητο αυτού του είδους οι μελέτες να περιορίζονται αποκλειστικά στο DNA δειγμάτων αίματος ή ιστών από ανθρώπους και ζώα που ζουν σήμερα; Δεν θα μπορούσε να γίνει μια παρόμοια μελέτη σε εκείνες τις αιγυπτιακές μούμιες; Θα μπορούσαν άραγε να έχουν επιβιώσει μόρια DNA μέσα στις μούμιες; Επίσης, ήταν άραγε εφικτό να μελετηθούν αλληλουχίες αρχαίου DNA ούτως ώστε να αποσαφηνιστεί πώς οι αρχαίοι Αιγύπτιοι σχετίζονταν μεταξύ τους, αλλά και με τους σημερινούς ανθρώπους; Αν υπήρχε τέτοια δυνατότητα, τότε θα ήμασταν σε θέση να διαλευκάνουμε ερωτήματα στα οποία αδυνατούσαν να δώσουν απάντηση τα συμβατικά μέσα της αιγυπτιολογίας: φέρ’ ειπείν, πώς σχετίζονται οι σημερινοί Αιγύπτιοι με τους Αιγυπτίους που ζούσαν την εποχή των Φαραώ, πριν από 2.000-5.000 χρόνια; Μήπως οι μεγάλες πολιτικές και πολιτισμικές αλλαγές, όπως η κατάκτηση της Αιγύπτου από τον Μέγα Αλέξανδρο τον 4ο αιώνα π.Χ. ή από τους Αραβες τον 7ο αιώνα μ.Χ., οδήγησαν στην αντικατάσταση μεγάλου μέρους του πληθυσμού της χώρας; ‘Η, αντιθέτως, στρατιωτικά και πολιτικά γεγονότα, και μόνο, ανάγκασαν τον γηγενή πληθυσμό να υιοθετήσει νέες γλώσσες, θρησκείες και τρόπους ζωής; Εν ολίγοις, οι σημερινοί κάτοικοι της Αιγύπτου είναι ίδιοι με εκείνους που έχτισαν τις πυραμίδες ή μήπως οι πρόγονοί τους αναμείχθηκαν τόσο πολύ με τους εισβολείς ώστε οι σημερινοί Αιγύπτιοι είναι πλέον εντελώς διαφορετικοί από τον αρχαίο πληθυσμό της χώρας; Τούτα τα ερωτήματα ήταν πράγματι συγκλονιστικά· και, ασφαλώς, θεωρούσα σχεδόν απίθανο να μην τα έχει σκεφτεί και κάποιος άλλος».

Αναλαμβάνοντας

δράση

«Πήγα λοιπόν στη βιβλιοθήκη του πανεπιστημίου και έψαξα σε επιστημονικά περιοδικά και βιβλία, αλλά δεν βρήκα καμία αναφορά σε απομόνωση DNA από αρχαία δείγματα. Εμοιαζε σαν να μην είχε γίνει η παραμικρή προσπάθεια ανάκτησης αρχαίου DNA· ή, αν κάποιος είχε όντως προσπαθήσει, είχε αποτύχει, γιατί στην αντίθετη περίπτωση θα είχε σίγουρα δημοσιεύσει τα ευρήματά του.

…Το πρώτο ερώτημα που έθεσα ήταν απλό: μπορεί το DNA να επιβιώσει στους ιστούς μετά θάνατον, και για πόσο; Υπέθεσα ότι εάν αποξηραινόταν ο ιστός, κάτι που γινόταν στις μούμιες που προετοίμαζαν οι ταριχευτές της αρχαίας Αιγύπτου, τότε το DNA θα μπορούσε κάλλιστα να επιβιώσει για μεγάλο χρονικό διάστημα, αφού, για να δράσουν τα ένζυμα που το αλλοιώνουν, χρειάζονται νερό. Κατέληξα λοιπόν ότι αυτό ήταν το πρώτο πράγμα που θα έπρεπε να ελέγξω. Ετσι, το καλοκαίρι του 1981, όταν στο εργαστήριο δεν είχαν μείνει παρά ελάχιστοι άνθρωποι, πήγα στο σουπερμάρκετ και αγόρασα ένα κομμάτι μοσχαρίσιο συκώτι. Κόλλησα την απόδειξη του καταστήματος στην πρώτη σελίδα ενός καινούργιου εργαστηριακού τετραδίου, όπου θα κατέγραφα τα ευρήματά μου, και του έβαλα μια ετικέτα με το όνομά μου μόνο, τίποτα παραπάνω, μιας κι είχα αποφασίσει να κρατήσω τα πειράματά μου κρυφά. Ο Πέτερσον ίσως να μου απαγόρευε να ασχοληθώ μαζί τους αν πίστευε ότι με αποσπούσαν άσκοπα από την εξαιρετικά ανταγωνιστική έρευνα των μοριακών μηχανισμών του ανοσοποιητικού συστήματος, που ήταν η κανονική μου δουλειά. Σε κάθε περίπτωση, πάντως, ήθελα να κρατήσω μυστικό το όλο εγχείρημα ώστε, αν αποτύγχανα, να μην εξευτελιστώ στους συναδέλφους μου στο εργαστήριο.

Για να μιμηθώ κάπως την αρχαία αιγυπτιακή μουμιοποίηση, αποφάσισα να μουμιοποιήσω τεχνητά το μοσχαρίσιο συκώτι, βάζοντάς το σε έναν φούρνο του εργαστηρίου, στους 50^οC. Η πρώτη, βέβαια, συνέπεια τούτης της διαδικασίας ήταν ότι έθεσα σε κίνδυνο τη μυστικότητα του εγχειρήματος! Τη δεύτερη κιόλας ημέρα η αποκρουστική οσμή προξένησε αρκετά σχόλια, και έτσι αναγκάστηκα να αποκαλύψω το πείραμά μου προτού βρει κάποιος το συκώτι και το πετάξει στα σκουπίδια. Ευτυχώς, η μυρωδιά άρχισε να υποχωρεί όσο προχωρούσε η διαδικασία της αποξήρανσης, κι έτσι στον καθηγητή μου δεν έφτασε ούτε η μυρωδιά ούτε και οποιαδήποτε κουβέντα για ό,τι βρισκόταν σε διαδικασία αργής αποσύνθεσης μέσα στο εργαστήριό του!

Υστερα από λίγες ημέρες το συκώτι είχε γίνει σκληρό και στεγνό, με σκούρο καστανόμαυρο χρώμα – όπως ακριβώς μια αιγυπτιακή μούμια. Επιχείρησα να απομονώσω DNA από αυτό και τα κατάφερα αμέσως. Σε αντίθεση με το DNA που έχει εξαχθεί από φρέσκο ιστό, το DNA που απομόνωσα από το συκώτι ήταν σε μικρά κομμάτια μερικών εκατοντάδων – και όχι πολλών χιλιάδων – ζευγών νουκλεοτιδίων· παρ’ όλα αυτά επιβίωνε αρκετό. Ενιωσα δικαιωμένος. Τελικά η σκέψη μου ότι DNA θα μπορούσε να επιβιώσει σε νεκρό ιστό – τουλάχιστον για μερικές μέρες ή εβδομάδες – δεν ήταν ολότελα παράλογη. Τι γινόταν όμως αν είχαν περάσει χιλιάδες χρόνια; Το προφανές επόμενο βήμα ήταν να μπορέσω να πετύχω το ίδιο αποτέλεσμα και με μια αιγυπτιακή μούμια».

Από την απελπισία
στην αισιοδοξία

«Επανέλαβα τη διαδικασία για τις δύο άλλες μούμιες· και πάλι, δεν βρήκα καθόλου DNA, μόνο μια απροσδιόριστη καφέ ουσία που είχε καταλήξει στο υλικό που είχα απομονώσει και ήλπιζα να περιέχει DNA. Απ’ ό,τι φάνηκε, οι συνάδελφοί μου στο εργαστήριο μάλλον είχαν δίκιο: πώς θα μπορούσαν άλλωστε τα εύθραυστα μόρια DNA να έχουν επιβιώσει για χιλιάδες χρόνια, τη στιγμή που ακόμα και μέσα σε ένα κύτταρο χρειάζονται συνεχή επιδιόρθωση ώστε να αποφύγουν την αποικοδόμηση; Εκρυψα λοιπόν το μυστικό εργαστηριακό τετράδιο στον πάτο του συρταριού στο γραφείο μου και επέστρεψα στην ενασχόλησή μου με τον ιό που παραπλανά το ανοσοποιητικό σύστημα με την έξυπνη μικρή πρωτεΐνη του. Δεν μπορούσα όμως να βγάλω από το μυαλό μου τις μούμιες· με απασχολούσαν μια σειρά από ερωτήματα.

…Για άλλη μια φορά, ο Ρόστι με βοήθησε. Μου μίλησε για ένα μεγάλο μουσείο που διέθετε μια τεράστια συλλογή από μούμιες και που θα ήταν ενδεχομένως συνεργάσιμο: το Staatliche Museen zu Berlin, ένα σύμπλεγμα μουσείων στο Ανατολικό Βερολίνο, πρωτεύουσα της Λαοκρατικής Δημοκρατίας της Γερμανίας.

…Επιστρέφοντας στην Ουψάλα, ετοίμασα τα δείγματα για μικροσκοπική ανάλυση. Τα έβαλα σε αλατούχο διάλυμα για να ενυδατωθούν, μετά τα τοποθέτησα πάνω σε γυάλινα πλακίδια και τα υπέβαλα σε χρώση με ουσίες που επιτρέπουν την οπτικοποίηση των κυττάρων. Κατόπιν έλεγξα στο μικροσκόπιο προσεκτικά τους ιστούς για τυχόν κύτταρα που είχαν διατηρηθεί. (Τούτη η δουλειά γινόταν τα Σαββατοκύριακα και αργά τη νύχτα, προκειμένου να μη διαρρεύσει εκείνο με το οποίο είχα καταπιαστεί.) Αυτά που είδα στο μικροσκόπιο αρχικά μου προκάλεσαν κατάθλιψη. Στα δείγματα μυών, οι ίνες διακρίνονταν με μεγάλη δυσκολία ― το ίδιο και τα ίχνη των κυτταρικών πυρήνων όπου θα μπορούσε να έχει διατηρηθεί κάποιο DNA. Ημουν σχεδόν απελπισμένος, μέχρι που ένα βράδυ εξέτασα ένα τεμάχιο χόνδρου από το εξωτερικό τμήμα ενός μουμιοποιημένου αφτιού. Στους χόνδρους, όπως και στα κόκαλα, τα κύτταρα ζουν σε μικρές κοιλότητες (βοθρία) μέσα στον συμπαγή, σκληρό ιστό. Οταν εξέτασα τον χόνδρο, εντόπισα μέσα στα βοθρία κάτι που έμοιαζε με υπολείμματα κυττάρων και, ενθουσιασμένος, υπέβαλα το τεμάχιο σε χρώση ώστε να διαπιστώσω αν περιέχει DNA. Οταν έβαζα το πλακίδιο κάτω από το μικροσκόπιο, τα χέρια μου έτρεμαν. Τα κυτταρικά υπολείμματα μέσα στον χόνδρο είχαν όντως χρωσθεί· κατά τα φαινόμενα, στο εσωτερικό τους είχε πράγματι καταφέρει να διατηρηθεί DNA! Με αναπτερωμένο ενθουσιασμό συνέχισα να  αναλύω τα υπόλοιπα δείγματα που είχα φέρει από το Βερολίνο. Κάποια με έκαναν να τρέφω ελπίδες.

…Συνολικά εντόπισα τρεις μούμιες στις οποίες οι πυρήνες των κυττάρων είχαν χρωσθεί, υποδηλώνοντας έτσι την ύπαρξη DNA. Η μούμια είχε ηλικία 2.400 ετών· χρονολογούνταν περίπου από την Αλεξανδρινή περίοδο. Αρχισα να σκέφτομαι τη δημοσίευση των ευρημάτων μου.

…Εστειλα το άρθρο στον Στέφαν στο Βερολίνο, ο οποίος το επιμελήθηκε γλωσσικά, και το 1984 δημοσιεύθηκε στο Das Altertum, ένα επιστημονικό περιοδικό που εξέδιδε η Ακαδημία Επιστημών της Ανατολικής Γερμανίας. Υστερα από αυτό όμως έπεσε σιωπή. Κανείς δεν μου έγραψε, κανείς δεν ζήτησε άδεια να το αναδημοσιεύσει. Εγώ ήμουν κατενθουσιασμένος, βέβαια, αλλά κανένας δεν φαινόταν να συμμερίζεται τη χαρά μου».

Από τις μούμιες
στον Νεάντερταλ

«…Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από τα γονιδιώματα των Ντενίσοβαν και των Νεάντερταλ, ο Ντέιβιντ και ο Νικ εκτίμησαν ότι περίπου ένα 2,5% των γονιδιωμάτων των ανθρώπων εκτός Αφρικής προήλθε από Νεάντερταλ και ότι μεταγενέστερη γονιδιακή ροή είχε εισαγάγει περίπου 4,8% του DNA των Ντενίσοβαν στους Παπουανούς. Επειδή οι Παπουανοί έφεραν επίσης τη συνιστώσα των Νεάντερταλ στο γονιδίωμά τους, αυτό σήμαινε ότι περίπου 7% των γονιδιωμάτων των Παπουανών προήλθε από πιο πρώιμες μορφές ανθρώπων. Αυτό ήταν ένα εκπληκτικό εύρημα. Είχαμε μελετήσει δύο γονιδιώματα από εξαφανισμένες ανθρώπινες μορφές. Και στις δύο περιπτώσεις είχαμε διαπιστώσει κάποια γονιδιακή ροή προς τους σύγχρονους ανθρώπους.

Κατά συνέπεια, φαινόταν ότι τα χαμηλά επίπεδα ανάμειξης με πιο πρώιμους ανθρώπους είχαν αποτελέσει τον κανόνα και όχι την εξαίρεση, όταν οι σύγχρονοι άνθρωποι εξαπλώθηκαν σε όλον τον κόσμο. Με λίγα λόγια, ούτε οι Νεάντερταλ ούτε οι Ντενίσοβαν είχαν εξαφανιστεί τελείως. Κάποιο μικρό μέρος τους συνέχιζε να ζει μέσα στους ανθρώπους σήμερα. Αυτό σήμαινε ότι οι Ντενίσοβαν θα πρέπει να είχαν εξαπλωθεί πολύ στο παρελθόν – αν και είναι περίεργο ότι δεν φαίνεται να αναμείχθηκαν με σύγχρονους ανθρώπους στη Μογγολία, στην Κίνα, στην Καμπότζη ή οπουδήποτε αλλού στην ηπειρωτική Ασία».

Επιστημονική
αυστηρότητα

«Τον Ιούλιο αρχίσαμε να γράφουμε το άρθρο. Υποβάλαμε το άρθρο στο «Nature» στα μέσα του Αυγούστου. Το θεωρούσα θαυμάσιο άρθρο. Από ένα οστό με μέγεθος περίπου το ένα τέταρτο ενός κύβου ζάχαρης είχαμε προσδιορίσει μια αλληλουχία γονιδιώματος και με αυτήν δείξαμε ότι προερχόταν από μια άγνωστη έως τότε ομάδα ανθρώπων. Κατά συνέπεια, η μοριακή βιολογία μπορούσε απροσδόκητα να συνεισφέρει στην παλαιοντολογία θεμελιωδώς νέες γνώσεις. Το «Nature» έστειλε πάλι το άρθρο μας σε τέσσερις ανώνυμους κριτές. Τα σχόλια που λάβαμε ποίκιλλαν από πλευράς ποιότητας – κάποια ήταν ζηλόφθονα και εριστικά, ενώ άλλα διορατικά και καίρια. Οπως και με το προηγούμενο άρθρο μας για το mtDNA, τα σχόλια ενός από τους κριτές οδήγησαν σε σημαντική βελτίωση του άρθρου. Οταν υποβάλαμε εκ νέου το άρθρο μας, έχοντας λάβει υπόψη τα σχόλια, ο/η εν λόγω κριτής είχε την ευγένεια να αναγνωρίσει τις προσπάθειές μας, λέγοντας: «Συχνά, όταν κάποιος εγείρει επιφυλάξεις για την υποκείμενη αναλυτική μεθοδολογία που οδήγησε σε κάποιο συμπέρασμα, […] αυτές αντιμετωπίζονται επιφανειακά με γραπτές εξηγήσεις από τους συγγραφείς. […] Εδώ, οι συγγραφείς έκαναν το αντίθετο: έλαβαν πολύ σοβαρά υπόψη τα σχόλιά μου, διερεύνησαν τα ζητήματα που επισήμανα και αναθεώρησαν ουσιωδώς τη δουλειά τους για να ικανοποιήσουν τις επιφυλάξεις μου».  Ενιωσα σαν μαθητής σχολείου που τον επαινεί ο καθηγητής του. Ο κριτής, μάλιστα, αποκάλυψε την ταυτότητά του: ήταν ο Κάρλος Μπουσταμάντε (Carlos Bustamante), πληθυσμιακός γενετιστής στο Στάνφορντ, για τον οποίο ανέκαθεν έτρεφα σεβασμό. Προς τα τέλη Νοεμβρίου του 2010 το Nature έκανε δεκτό το άρθρο για δημοσίευση.

Περισσότερα
από όσα ονειρευτήκαμε

Ο αρχισυντάκτης σύστησε να την καθυστερήσουμε μέχρι τα μέσα Ιανουαρίου, ώστε να έχουμε μεγαλύτερη κάλυψη και προσοχή από τον Τύπο απ’ ό,τι κατά τη διάρκεια των Χριστουγέννων. Συζητήσαμε την πρότασή του στην κοινοπραξία, και ορισμένοι συμφώνησαν μαζί του. Εγώ, από την άλλη, πίστευα ότι είχαμε δουλέψει όσο γρηγορότερα μπορούσαμε, εν όψει του πιθανού ανταγωνισμού, και ότι δεν έπρεπε να καθυστερήσουμε το τελευταίο βήμα. Ισως και ενάντια στη γνώμη των πιο πολλών, πίεσα να γίνει η δημοσίευση το δυνατόν συντομότερα. Τελικά, το άρθρο δημοσιεύθηκε στις 23 Δεκεμβρίου.  Είμαι σίγουρος ότι προσέχτηκε λιγότερο από ό,τι θα συνέβαινε υπό άλλες συνθήκες, όμως ένιωθα καλά που δημοσιεύθηκε το ίδιο έτος με το γονιδίωμα του Νεάντερταλ. Ετσι λοιπόν, τα Χριστούγεννα, όταν η Λίντα, ο Ρουν κι εγώ ανεβήκαμε με το αυτοκίνητο στο μικρό μας σπίτι στη χιονισμένη Σουηδία, ένιωθα πως εκείνη η χρονιά υπήρξε πραγματικά εξαιρετική.  Είχαμε πετύχει περισσότερα και από όσα είχα ονειρευτεί. Ομως, παρότι είχαμε αλληλουχήσει το γονιδίωμα του Νεάντερταλ και ανοίξει τον δρόμο για τα γονιδιώματα άλλων εξαφανισμένων μορφών ανθρώπου, συνέχιζαν να υπάρχουν πολλά μυστήρια. Ενα μεγάλο τέτοιο μυστήριο ήταν το πότε έζησαν οι Ντενίσοβαν. Ενα άλλο μεγάλο μυστήριο ήταν πόσο μακριά είχαν φθάσει οι Ντενίσοβαν. Γνωρίζαμε την παρουσία τους στη Νότια Σιβηρία, όμως το γεγονός ότι είχαν συναντηθεί και κάνει παιδιά με τους προγόνους των Μελανησίων άφηνε να εννοηθεί ότι υπήρξαν πολύ πιο διάσπαρτοι στο παρελθόν. Ισως να είχαν περιπλανηθεί σε όλη τη Νοτιοανατολική Ασία, από τις εύκρατες ή και τις υποαρκτικές περιοχές έως τους τροπικούς. Τόσο η ομάδα μου όσο και άλλοι συνέχισαν έκτοτε να δουλεύουν πάνω σε αυτά τα μυστήρια. Αλλες ομάδες έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούν το αρχαίο DNA προκειμένου να μελετήσουν ανθρώπινες επιδημίες του παρελθόντος και  προϊστορικούς πολιτισμούς.

Ομως εκείνο τον Δεκέμβριο ένιωθα μια σπάνια ικανοποίηση για την επιστημονική μου σταδιοδρομία. Τώρα, η μελέτη αυτή είχε ολοκληρωθεί με απόλυτη επιτυχία. Στη διάρκεια λοιπόν εκείνων των χριστουγεννιάτικων διακοπών με την οικογένειά μου στο μικρό και ζεστό σουηδικό μας καλυβάκι, αισθανόμουν πολύ πιο χαλαρός από ό,τι είχα εδώ και πάρα πολύ καιρό…».