Forskerne løser menneskets tre største gåder

Proteiner skal afgøre den ultimative faderskabssag

En tand fra et næsehorn, en 300 kg tung abe, to uddøde menneskearter og et forskerhold i København – alle indgår de i historien om, hvordan en helt ny metode, der involverer urgamle proteiner, kan afsløre, hvem der gav ophav til menneskeheden.

Kindtanden er fem centimeter bred og fire centimeter høj og ser ikke ud af meget. For 1,77 mio. år siden sad den i munden på et nu uddødt næsehorn, som strejfede rundt i Dmanisi i Georgien.

I dag har tanden åbnet op for en ny æra i udforskningen af vores egen arts historie.

Takket være de opdagelser, som forskerne gjorde, mens de undersøgte tanden, kan vi nu kortlægge vores stamtræ i detaljer flere millioner år længere tilbage i tiden, end det hidtil var muligt.

Dermed vil forskerne for første gang kunne udpege den art, som gav ophav til hele menneskeheden – og de er allerede tæt på at løse opgaven.

Næsehornets tand blev i 2019 verdensberømt blandt forskere, da et forskerhold under ledelse af biokemikeren Enrico Cappellini fra Københavns Universitet udgav resultaterne fra deres analyse af tanden.

På grund af tandens høje alder indeholder den ikke længere brugbart dna, og forskerne kiggede i stedet på dens indhold af proteiner.

Proteiner dannes ud fra cellernes gener, og de afspejler derfor genernes dna-sekvenser. Ligesom gener kan proteiner dermed afsløre deres ejers slægtskabsforhold.

Forskerne brugte en ny variant af teknikken massespektrometri til at analysere tandens proteiner, og de kunne herefter sammenligne dem med tilsvarende proteiner fra andre uddøde og nulevende næsehornsarter.

Her viste det sig, at tandens ejer tilhører en gren af stamtræet, som senere blev splittet ud til andre arter, fx det uldhårede næsehorn, som uddøde efter sidste istid for ca. 8000 år siden.

Undersøgelserne viste også, at fossilet deler forfader med det nulevende sumatranæsehorn.

Tænder låser op for en million år

For 1,77 millioner år siden, da det uddøde næsehorn fra Dmanisi stadig gumlede blade i sig, var kloden midt i en istid.

Gigantiske iskapper gled frem og tilbage over den nordlige halvkugle, og vores egen art, Homo sapiens, var stadig mere end en million år fra at blive til virkelighed.

Men vores forfædre var i fuld gang med at indtage verden.

Denne fjerne fortid har indtil nu været langt uden for rækkevidde, når det gælder undersøgelser af gener.

Det ældste dna, som forskerne har kunnet få fat i, er 700.000 år gammelt dna fra en hest, men som regel holder dna kun nogle få hundrede tusind år.

Hestens dna holdt sig kun så længe, fordi den lå i et polarområde med konstant frost. Og så heldige er vi ikke med fossiler fra vores egen udviklingshistorie, der foregik i varmere områder.

Med forskernes nye proteinteknik kan vi gå mindst en million år længere tilbage. Og fordi proteinerne gemmer sig i tænder, som er blandt de hyppigste former for fossiler, har forskerne masser af egnede fossiler at tage fat på.

Dermed kan de langt om længe begynde at udfylde hullerne i menneskets udviklingshistorie. Og dem er der mange af. Blandt andet er ophavet til vores art, Homo sapiens, stadig en kilde til heftig debat mellem forskerne.

I 2018 udgav et hold af engelske og tyske eksperter en artikel, hvor de udfordrer den gængse fremstilling af, hvor og hvordan Homo sapiens opstod.

Den almindelige opfattelse af, at det skete for 200.000 år siden fra én isoleret gruppe af forfædre i det østlige Afrika, holder ikke længere, mener forskerne.

De peger på, at kranier, som er fundet vidt forskellige steder i Afrika, alle bærer træk, som ligner Homo sapiens, men på forskellige måder.

Det tyder på, at vores art er opstået ved en meget mere kompleks proces, hvor grupper spredt ud over Afrika har udviklet hver deres “moderne” træk, som siden er blevet blandet med hinanden.

Hvis ekspertgruppen har ret, er kortlægningen af vores arts udvikling en endnu mere indviklet opgave end hidtil troet.

Barnekranie ændrede historien

Uanset om Homo sapiens udviklede sig ét sted i Afrika eller flere, står spørgsmålet stadig tilbage om, hvem vores art udviklede sig fra.

Indtil 1990’erne var de fleste enige om, at Homo sapiens er udsprunget af arten Homo heidelbergensis – en fingernem huleboer med en stor hjerne, som levede for 700.000-300.000 år siden i Afrika og Europa.

Dens kranie ligner en mellemting mellem vores eget og neandertalernes, og teorien var derfor, at heidelbergensis gav ophav til både neandertalere og Homo sapiens.

Det billede ændrede sig, da en ny kandidat kom på banen. I 1994 dukkede fossilet af et barnekranie op i Atapuerca i Spanien. Kraniet havde træk, som lignede vores egen art endnu mere end heidelbergensis.

I samme område blev der de følgende år udgravet i alt 80 fossiler fra seks individer, og sammen med barnekraniet blev de i 1997 tilskrevet en ny art, som fik navnet Homo antecessor.

Dateringen af kraniet viste, at det var omkring 780.000 år gammelt og dermed ældre end heidelbergensis. Opdagelsen af antecessor åbnede helt nye spørgsmål.

Arten kunne måske være en forfader til heidelbergensis, hvilket ville passe fint med fossilernes alder. Men den kunne også være den direkte forfader til neandertalerne og os selv eller måske kun til én af linjerne.

Undersøgelser af antecessors kranie viser, at det bærer såkaldte moderne træk, det vil sige træk, som ligner vores egne mere end neandertalernes.

Undersøgelserne peger i retning af, at antecessor kan være vores direkte forfader, og at nogle af vores specielle træk er opstået langt tidligere, end vi troede – endda tidligere end de træk, vi forbinder med neandertalerne.

Det, vi kalder “moderne træk”, er måske i virkeligheden “gamle træk”. Og den teori er nu blevet underbygget af analyse af proteiner fra ældgamle tænder.

Forskerne fra Københavns Universitet har kortlagt proteiner fra et af antecessors fossiler og sammenlignet dem med tilsvarende proteiner fra os selv, neandertalere og de såkaldte denisovaer, der levede samtidig med neandertalerne indtil for ca. 40.000 år siden.

“Vi kan se, at noget, der minder om antecessor, er forfader til alle tre udviklingsgrene,” siger forskeren Eske Willerslev, der er leder af Center for GeoGenetik og var en del af forskerholdet.

Dermed kan antecessor meget vel være vores direkte forfader. Willerslev understreger dog, at det stadig er usikkert, hvordan heidelbergensis passer ind i billedet, så debatten er ikke endegyldigt afsluttet endnu.

“Vi mangler stadig en proteinsekvens fra heidelbergensis, for at vi kan afgøre det med sikkerhed.”

Stor abe baner vejen

Forskerne på Københavns Universitet har også demonstreret styrken ved proteinanalyse i et andet projekt, hvor de kastede sig over kindtanden fra den op mod 300 kg tunge menneskeabe, Gigantopithecus blacki, som levede i Sydøstasien indtil for 300.000 år siden.

Aben er kun kendt fra tænder og brudstykker af underkæber, så palæontologerne har haft svært ved at bestemme dens slægtskab med andre menneskeaber. Det har den nye proteinteknik lavet om på.

Forskerne kunne i efteråret 2019 afsløre, at de havde udtrukket og analyseret proteiner fra en af abens tænder. Tanden var 1,9 millioner år gammel og dermed ældre end tanden fra fortidsnæsehornet.

Analysen viste, at kæmpeabens nærmeste nulevende slægtning er orangutangen, som den delte en forfader med for 10-12 millioner år siden.

Resultatet er spektakulært på grund af tandens alder, men også fordi den er fundet i et område, hvor middeltemperaturen er over 20 grader.

Det åbner op for, at forskerne kan afdække menneskets tidlige udvikling i troperne. De kan mindst gå tilbage til arten Homo erectus, som var blandt de første menneskearter til at forlade Afrika.

Kloden myldrede med forskellige menneskearter

Menneskeslægtens vugge stod i Afrika … eller i Asien. Nyfundne menneskefossiler forskellige steder på kloden bliver ved med at skyde forskernes teorier i sænk. Nu skal ældgamle proteiner en gang for alle give os styr på det forhistoriske menneskemylder og kortlægge vores forfædres vandringer.

I juli 2018 kunne den kinesiske geolog Zhaoyu Zhu endelig offentliggøre resultaterne af det arbejde, han havde brugt 14 år på. Allerede i 2004 begyndte han sammen med en gruppe kolleger at grave efter stenværktøjer på en bjergskråning i Shangchen i det centrale Kina.

I 2007 fandt de den første sten, som tydeligvis var forarbejdet af menneskehænder, og ti år senere havde de samlet over hundrede, fordelt i et 73 meter tykt jordlag.

Zhu vidste, at fundene i de nederste jordlag måtte være så gamle, at værktøjerne umuligt kunne være lavet af moderne mennesker. Det var ikke i sig selv nogen overraskelse, for forskerne har før fundet rester af ældre menneskearter uden for Afrika.

De ældste er fra Homo erectus – en tidlig menneskeart, der som den første mestrede brugen af ild. Erectus var til stede i Georgien for 1,85 millioner år siden og i Kina for 1,7 millioner år siden.

De ældste fund af erectus i Afrika er 1,9 millioner år gamle, og teorien har hidtil været, at arten opstod i Afrika og siden vandrede ud. Men det vender Zhus opdagelser nu op og ned på.

Zhu og hans kolleger opdelte jordlagene i Shangchen i 17 sektioner, som de daterede hver for sig. Lagene spændte over 800.000 år, og de seks ældste af stenværktøjerne var 2,12 millioner år gamle.

Dermed er de ikke alene 270.000 år ældre end de ældste fossiler af Homo erectus uden for Afrika.

De er ældre end de første Homo erectus i Afrika. Præcis hvad Zhus fund betyder for historien om menneskets vandringer på kloden, er endnu uklart, men de viser, at vi langtfra har det fulde billede.

Heldigvis kan analyser af ældgamle proteiner snart levere de svar, som forskerne mangler.

Vores slægt er opstået i Asien

Hvis stenværktøjerne i Shangchen blev skabt af Homo erectus, må arten have forladt Afrika langt tidligere, end forskerne hidtil har regnet med – over 200.000 år før den afrikanske variant af arten opstod.

Det giver rod i de gamle teorier, og nye forklaringer må til. En mulighed er, at Homo erectus opstod i Afrika meget tidligere end hidtil troet, og at arten også er udvandret tidligere.

En anden mulighed er, at stenværktøjerne er lavet af en helt anden Homo-art, som udvandrede længe før erectus. Det kunne være en tidlig udgave af den meget abelignende art Homo habilis, som regnes for at være forfader til erectus.

De ældste fund, som tilskrives en forløber for Homo habilis, er 2,8 millioner år gamle, så denne art ville have haft tid nok til at tage rejsen til Kina og stå bag stenværktøjerne.

Flere forskere mener i dag, at Homo habilis er for primitiv til at blive regnet til menneskeslægten, og de klassificerer den i stedet som en Australopithecus – den slægt af abemennesker, som gav ophav til Homo - slægten. Hvis Australopithecus tidligt udvandrede fra Afrika, åbner det op for et meget omdiskuteret scenarie.

Den tidlige udvandrer kan have givet ophav til Homo erectus og dermed hele menneskeslægten i Asien, hvorefter erectus vandrede til Afrika – stik modsat det hidtidige billede, hvor Afrika er Homo-slægtens vugge.

Asien myldrede med arter

Indtil for få årtier siden mente forskerne, at udvandringen fra Afrika skete i flere bølger af forskellige Homo-arter med erectus som den første. Senere fulgte Homo heidelbergensis, som i Europa udviklede sig til neandertalerne.

Til sidst kom udvandringen af det moderne menneske, Homo sapiens, for 60.000 år siden. Hver udvandringsbølge bragte en ny menneskeart ud i verden, hvor den hurtigt fortrængte sine forgængere.

I dag ved vi, at historien er langt mere kompliceret. Forskerne har de seneste år afsløret, at flere arter var til stede rundtom i Asien.

Det gælder bl.a. Denisova-mennesket, som forskerne først fik kendskab til i 2010, hvor dna-analyser af en fingerknogle fra Sibirien viste, at den havde tilhørt en hidtil ukendt art.

Sammenligninger af denisova-dna’et med neandertalernes og vores eget afslører, at denisovaerne skiltes fra vores egen udviklingslinje for ca. 550.000 år siden og fra neandertalernes for ca. 300.000 år siden. Men dna’et fortæller også, at de tre arter senere hen fik børn med hinanden, når de mødtes i Europa og Asien.

I Sydøstasien fandtes der også en fjerde menneskeart på samme tid – den ca. en meter høje Homo floresiensis.

Den blev først betragtet som en direkte efterkommer af Homo erectus, men nogle forskere mener, den har endnu ældre rødder og er udsprunget fra Australopithecus.

Det samme gælder en nyopdaget art, Homo luzonensis, fra Filippinerne. Desuden viste forskere i 2019, at Homo erectus formentlig var til stede i Asien indtil for 110.000 år siden.

Dna og proteiner tegner stamtræ

Den nye viden om, at forskellige menneskearter har blandet gener inden for de seneste 100.000 år, gør det sandsynligt, at det også er sket tidligere.

Det ændrer forestillingen om, at hver udvandringsbølge fra Afrika har skyllet den foregående bølge væk fra landkortet.

Europa og Asien har ligesom Afrika været beboet af mange menneskearter samtidig, som har levet tilstrækkelig isoleret fra hinanden til, at de har kunnet udvikle hver deres træk og kendetegn, men som stadig har været ens nok til at få børn sammen, når de til andre tider er mødtes.

Dna-analyser af nulevende befolkningsgrupper tegner et langt mere detaljeret billede af vores slægtshistorie, end forskerne kan ved at sammenligne formen på fossiler.

Små forskelle i vores dna kan vise, hvem vi har blandet os med, og hvor og hvornår det er sket. Det betyder, at forskerne i disse år kan tegne vores stamtræ på en helt ny måde.

Det dna-baserede stamtræ er en flydende størrelse, hvor grene skiftevis bliver tykkere og tyndere, smelter sammen og skilles igen. De yngre fossiler, som stadig indeholder dna, kan herefter placeres ind på stamtræet der, hvor deres gener passer bedst.

Og de ældre fossiler vil fremover blive placeret ved kortlægning af proteiner, der er udtrukket fra knogler og tandemalje. Fx vil forskerne ved hjælp af de gamle proteiner formentlig snart kunne afgøre, om de asiatiske Homo erectus nedstammer fra de afrikanske, eller om det er den anden vej rundt.

Homo sapiens tyvstartede rejsen

Den nye fortælling om menneskeslægtens erobring af verden passer bedre med flere fossiler, som er fundet i Kina, og som hidtil har drillet forskerne.

Allerede i 1978 dukkede kraniet af den såkaldte Dalimand op i det centrale Kina. Det vakte stor opmærksom, fordi det lignede en mellemting mellem Homo erectus og Homo sapiens.

Senere dateringer viser, at det er omkring 260.000 år gammelt. Og i 2009 beskrev forskere en 110.000 år gammel underkæbe fra Kina, som de artsbestemte som Homo sapiens.

De to fund kolliderer med opfattelsen af, at Homo sapiens først udvandrede for 60.000 år siden.

Mange forskere er stadig skeptiske over for fundene, men idéen om, at Homo sapiens udvandrede fra Afrika tidligere end hidtil troet, bliver bakket op af en række nye fund, heriblandt en 180.000 år gammel kæbe fra Israel og en 210.000 år gammel hjerneskal fra Grækenland.

Samlet set betyder det, at grupper af Homo sapiens sandsynligvis udvandrede mindst 150.000 år tidligere end troet.

På deres rejse har de mødt og blandet sig med en lang række arter og hybrider mellem arter – en variation, vi slet ikke kan forestille os i dag, hvor Jorden kun har én menneskeart at byde på.

Vi udkonkurrerede de andre med venlighed

For 70.000 år siden var Homo sapiens udrydningstruede – vores art talte kun 20.000 individer. Men vi kom stærkt igen. Vi udkonkurrerede en hær af andre menneskearter og indtog kloden. Forskerne kortlægger nu opskriften bag vores succes, og et blidt sind kan være hovedingrediensen.

Høje, lave, tykke, tynde, hvide og sorte – en tur i en svømmehal kan nemt give indtryk af, at der er enorm variation i, hvordan vi ser ud.

Men alle nulevende mennesker er forbløffende ens, når vi sammenligner med den forskellighed, som herskede for bare 50.000 år siden, hvor verden var befolket af flere menneskearter.

Under huden er der kun meget små forskelle på alle nulevende mennesker, og et hurtigt blik på et røntgenbillede er nok til at artsbestemme os alle til Homo sapiens.

Den samme ensartethed møder forskerne, når de analyserer vores dna. Bogstavelig talt er hele verdens befolkning genetisk mere ens end to chimpanser fra den samme skov.

I dag er vi den eneste menneskeart på kloden, og hidtil har det ikke været muligt at afgøre hvorfor.

Noget ved Homo sapiens må have givet os særlige fordele, og kun ved at analysere de genetiske forskelle mellem os og fortidens menneskearter kan molekylærbiologerne spore sig ind på, hvad der var udslagsgivende for vores succes og de andre arters undergang.

Vores art var tæt på at uddø

At vi er så ens, skyldes, at vores art har spredt sig hurtigt, og at verdens befolkning engang var kraftigt reduceret.

Variationen i vores dna tyder på, at Homo sapiens var nede på under 20.000 individer for omkring 70.000 år siden, hvilket betyder, at arten var tæt på at uddø.

Årsagen kan meget vel være klimaændringer. De sidste 15.000 år har klimaet været relativt stabilt, men i de foregående 100.000 år var det mere omskifteligt.

Isdækket over land bevægede sig frem og tilbage, og store områder var skiftevis frodig skov og åbne sletter eller ligefrem ørken. De skiftende vilkår var også udfordrende for de andre menneskearter.

Vi overlevede, mens de andre uddøde, og videnskaben kæmper nu med at forklare hvorfor.

Forskerne har svært ved at finde anatomiske træk, der skulle give os praktiske fordele. Traditionelt har vi givet vores store hjerner æren for succesen, men neandertalerne havde større hjerner end os.

Svaret er formentlig dybere gemt i vores gener, og forskerne leder efter mutationer, som kan udøve et såkaldt great sweep – dvs. mutationer, der giver en stor overlevelsesmæssig fordel og dermed spreder sig hurtigt.

Et eksempel er mutationer i de gener, som regulerer mængden af røde blodlegemer og gør det muligt at overleve i tynde luftlag.

Tibetanerne bærer en bestemt variant af genet EPAS1, som ikke findes hos noget andet folkeslag i verden. Den fandtes til gengæld hos de såkaldte denisovaer, og forskerne mener nu, at den uddøde art gav varianten direkte videre til tibetanerne.

Tyske forskere undersøgte i 2019 en 160.000 år gammel knogle fra Tibet. De kunne ikke trække dna ud af knoglen, men en analyse af knoglens proteiner afslørede, at den kom fra en denisova.

Denisovaerne tilpassede sig altså forholdene i Tibet og gav deres nye mutationer videre til nutidens tibetanere.

Historien demonstrerer på fornem vis potentialet i at koble dna-analyser af nulevende folkeslag sammen med dna- og protein-undersøgelser af fossile fund.

Vi har tæmmet os selv

Mutationen i EPAS1-genet skabte et “great sweep” på Det Tibetanske Plateau, men hvis forskerne vil forklare hele vores arts succes, skal de finde en genetisk ændring, som giver fordele allevegne. En af vores særlige egenskaber er sproget.

Vores sproglige færdigheder er nært knyttet til genet FOXP2, men neandertalerne havde den samme variant af genet som os, og derfor gav den os ikke en særlig fordel i forhold til dem.

I stedet findes svaret måske i vores evne til at leve tæt sammen i store grupper. Den britiske biolog Richard Wrangham argumenterer for, at denne evne er enestående for Homo sapiens, og at den er resultatet af såkaldt selvdomesticering.

Det betyder, at vi har tæmmet os selv, på samme måde som vi senere har tæmmet fx vilde ulve og fået meget fredeligere hunde ud af det.

Hos vores direkte forfader opstod mutationer, der gav en mere social adfærd, og vi kunne dermed leve flere sammen uden konflikter.

Adfærden var fordelagtig, og mutationerne bredte sig i et “great sweep".

De gener, som koder for social adfærd, spiller desuden en rolle andre steder i kroppen – især i kraniet. Da vi tæmmede ulven og gjorde den mere social, gav vi den utilsigtet en kortere snude.

På samme måde er vores flade ansigter en bivirkning ved de mutationer, som gjorde os mere sociale.

Sociale evner forhindrer indavl

Wranghams teori bliver mødt med en del skepsis, men i 2019 blev den understøttet af undersøgelser af genet BAZ1B. Genet er koblet til de forandringer, vi ser hos domesticerede dyr.

Og mennesker med såkaldt Williams-Beuren-syndrom, som skyldes mutationer i BAZ1B, er meget venlige og har nærmest alfeagtige ansigter – de besidder altså en ekstrem version af de træk, som karakteriserer vores art.

Nu har forskerne afsløret, at BAZ1B hos Homo sapiens er væsentlig forskelligt fra det tilsvarende gen hos neandertalere og denisovaer.

Vores mutationer i BAZ1B har givet os flere fordele. Bl.a. har vores imødekommende gemyt formentlig gjort det lettere at udveksle gener med andre grupper. Dermed har vi undgået indavl, og det kan være helt afgørende.

“Dna-undersøgelser har vist eksempler på, at grupper af neandertalere har været ekstremt indavlede. Derimod ser det ud til, at Homo sapiens nærmest har haft en strategi mod indavl.

Og den kan meget vel være understøttet af gode sociale kompetencer, som har gjort det muligt at finde partnere uden for sin egen flok,” siger Eske Willerslev fra Københavns Universitet.

Han fremhæver dog, at også ydre faktorer kan have favoriseret vores art. Klimaændringer, som skabte et tørrere miljø og fik skovene til at skrumpe ind, gjorde det nødvendigt at jage bytte på de åbne sletter.

Det var en fordel for vores art, som er godt bygget til langdistanceløb. Præcis hvilke tilpasninger der gav vores art det afgørende fortrin, er stadig usikkert.

Men i de kommende årtier vil molekylærbiologernes nye værktøjer formentlig lokke viden ud af de gamle fossiler, som kan bringe os nærmere det endelige svar.