W poniedziałek, 3 października 2022 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny otrzymał Svante Pääbo (urodzony w 1955 r.), za odkrycia dotyczące genomów wymarłych homininów i ewolucji człowieka. Pojęcie ewolucji większość ludzi jakoś tam kojarzy. Lecz czym są homininy?
Kiedy biolodzy wywalczyli sobie własną pozycję w początkach współczesnej nauki, zapragnęli napisać książkę o zwierzątkach. Ale jak ją napisać? W jakiej kolejności te zwierzątka przedstawiać? Od największego do najmniejszego? Według maści? Alfabetycznie? Jak ułożyć spis treści? To był nie lada problem. Zwłaszcza, że zwierzątek jest przecież bardzo dużo. Pierwsi biolodzy zajmowali się głównie układaniem tego spisu treści i po dziś dzień jest on dla biologów bardzo ważny.
Tak stworzono klasyfikację żywych stworków, która wykracza daleko poza właściwości samego tylko spisu zwierzątek. Klasyfikacja definiuje abstrakcyjne cechy zwierzątka, które ono dzieli z innymi organizmami w różnym stopniu. Klasyfikacja jest hierarchiczna, a więc poszczególne jej kategorie mają przypisane rangi od najwyższej po najniższą. Wyższe kategorie opisują te cechy organizmu, które dzieli on z większością innych organizmów, ale im niższa kategoria, tym bardziej szczegółowe cechy opisuje, które organizm dzieli z coraz mniejszą liczbą żyjątek. Na samej górze mamy więc sam fakt przynależności organizmu do świata zwierząt (a właściwie królestwa; są jeszcze królestwa roślin, grzybów itd.), na samym zaś dole – konkretny gatunek, a więc konkretne zwierzątko.
Hierarchię można byłoby oznaczać stopniami wojskowymi, od generała po szeregowego. Równie dobrze można byłoby posłużyć się rangami liczbowymi, albo symbolami graficznymi. Z jakiegoś jednak powodu biolodzy używają tutaj abstrakcyjnych kategorii słownych, które same z siebie nie mówią nic o randze w hierarchii. Współczesna taksonomia biologiczna zawiera następujące, główne kategorie hierarchiczne, począwszy od najwyższej: domena, królestwo, typ, gromada, rząd, rodzina, plemię, rodzaj, a w końcu pojęcie znane już wszystkim bez wyjątku, gatunek. Pomiędzy tymi kategoriami występuje cały szereg dodatkowych subkategorii, tworzonych przedrostkami nad- i pod-. W efekcie kategorią wyższą od rzędu jest nadrząd a niższą – podrząd. Kategorią wyższą od rodziny jest nadrodzina a niższą – podrodzina.
Nas interesują homininy. W tym przypadku samą górą taksonomii nie trzeba się przejmować. Tutaj bowiem definiuje się fakt budowy organizmu z komórek zawierających jądro komórkowe (czyli takich komórek, których materiał genetyczny jest w nich otoczony błoną), fakt posiadania osiowego szkieletu przez organizm, fakt rodzenia się i picia mleka matki, a nie wykluwania się z jajka. Domeną są tu eukarioty, królestwem – zwierzęta, typem – strunowce, podtypem – kręgowce, gromadą – ssaki, rzędem – naczelne. Dodajmy jeszcze, co może niektórych przyprawić o zniesmaczenie, że nadrodziną są tutaj małpy wąskonose. Te pojęcia są powszechnie znane, a przynajmniej taką mam nadzieję, że czytelnik je zalicza do wiedzy ogólnej. To, czym powinniśmy się zająć, zaczyna się poniżej ostatniej z wymienionych tu kategorii, a więc poniżej kategorii nadrodziny. Tutaj bowiem wkraczamy w obszar, który z jakiś powodów nie jest dobrze przedstawiany w szkolnictwie.
Pozostało nam więc z taksonomii wspomnieć jeszcze o rodzinie, podrodzinie, plemieniu i gatunku. Ktoś chętny do zapamiętania nazw technicznych powinien skupić się na słowie „mini” oraz trzech dodatkach: „dae”, „nae” oraz „ni”. Brzmi idiotycznie, prawda? Niemniej jednak do wykucia pozostają te trzy głupie hasła, ale proste niczym słówka z chińskiej bajki, bo „mini” zapamiętuje się samo. Nazwą rodziny jest tutaj Hominidae – w tej nazwie po miękkim „mini” mamy twarde „dae” (ho-mini-dae). Nazwa ta posiada również polski przekład: człowiekowate.
W obrębie człowiekowatych wyróżnia się podrodzinę Homininae. Tę nazwę po miękkim „mini” kończy równie miękkie „nae” (ho-mini-nae). Niestety, słówko to nie doczekało się żadnego atrakcyjnego przekładu. Wreszcie, w obrębie tej podrodziny wyróżniamy plemię: Hominini. Po miękkim „mini” jest bardzo podobne, lecz krótkie „ni” (ho-mini-ni). I to są właśnie te homininy: taksonomiczne plemię w obrębie małp wąskonosych, w zakresie człowiekowatych.
Aby zrozumieć, że akurat to taksonomiczne plemię jest dla nas ważne i to na miarę Nagrody Nobla, musimy zejść jeszcze niżej, do konkretów, do gatunku. Do plemienia homininów zaliczamy tylko dwa rodzaje: Pan (szympans) oraz Homo (czyli nas samych). Rodzaj Pan ma dwóch reprezentantów: gatunek szympansa i gatunek szympansa bonobo, zaś rodzaj Homo ma tylko jednego przedstawiciela – Homo sapiens. (Zatem kategoria homininów obejmuje nas i szympansy, ale kategoria człowiekowatych jest szersza, bo w jej obrębie mieszczą się nie tylko ludzie i szympansy, ale też goryle oraz orangutany. Goryl należy do tej samej podrodziny, co my i szympans, zaś orangutan ma własną podrodzinę).
Niektórym to spędza sen z powiek. Jak to możliwe, aby ludzie uczeni, ludzie mądrzy, umieszczali gatunek ludzki w tej samej kategorii, co gatunek szympansa? Jak w ogóle śmią umieszczać człowieka w ramach kategoryzacji zwierząt? No cóż. Karol Darwin opublikował swoje dzieło „O powstaniu gatunków” w 1859 roku, zatem ludzie traktujący teorię ewolucji i nasze podobieństwo z szympansami z dystansem i niechęcią, są intelektualnie opóźnieni o 163 lata. Na teorii ewolucji oparta jest cała współczesna biologia. To pierwsza rzecz, jakiej człowiek się uczy na studiach, jeśli tylko studiuje jakikolwiek kierunek biologiczny. Bez tego ani rusz. Nie da się rozumieć świata przyrody bez teorii ewolucji. To tak, jakby ktoś chciał wyrugować z fizyki model standardowy i teorię względności. Karol Darwin tego nie widział aż tak dokładnie, jak my widzimy to dziś: wszystkie organizmy żyjące na Ziemi charakteryzuje ten sam mechanizm przenoszenia informacji genetycznej, w dodatku w dużej części jest to ta sama informacja – życie na naszej planecie jest ze sobą spokrewnione. Drzewa, mrówki i lisy, z perspektywy genetycznej, to nasi krewni.
Rodzajowi ludzkiemu najbliższy jest rodzaj szympansów. Człowiek i szympans mieli w dalekiej przeszłości wspólnego przodka. Ktoś się zapyta: gdzie dowody? Gdzie jest szkielet hybrydy łączącej cechy współczesnego człowieka i cechy współczesnego szympansa? Odpowiem zatem, że takie żądanie to manipulacja. Wspólny przodek rodzaju Homo i rodzaju Pan nie mógł być zbyt podobny do współczesnych ludzi i współczesnych szympansów. Ale istnieją szkielety wymarłych homininów, posiadające cechy małpoludów, które nie wiadomo dokładnie, do jakiego rodzaju przypisać. Zresztą nie potrzebujemy żadnych szkieletów. Po co nam one, skoro mamy porównawcze, międzygatunkowe analizy genomów? Genetyka jest klarowna, jasna i niezaprzeczalna. Badając geny możemy nie tylko ustalić, do kogo należą dane tkanki, pozostawione na miejscu zbrodni, albo kto jest czyim ojcem. Możemy też ustalić, że razem z szympansem mieliśmy wspólnego przodka. Można wskazać, jakie geny mamy z
szympansem wspólne, a jakie mamy odmienne.
Znajdujemy szczątki organizmów, jakich nikt nigdy na oczy nie widział. Żaden współczesny człowiek nie widział dinozaura, a mimo to szczątki takich zwierząt znajdujemy w ziemi. Możemy je datować i złapać się za głowę, jak dawno temu te zwierzątka żyły. Znajdujemy też szczątki organizmów, które żyły w czasach nam bliższych, a które ogólnie można, na potrzeby tego tekstu, nazwać małpoludami przypominającymi owe hybrydy człowieka i małpy. Wreszcie, znajdujemy szczątki przypominające w dużym stopniu ludzi współczesnych, ale jednak odrobinkę odmiennych. A więc nie żadne małpoludy, tylko przedstawiciele rodzaju Homo, ale inni, niż współcześni ludzie. Ach, gdyby Karol Darwin nadal żył! Jakże by się cieszył z tych odkryć.
Dziś do plemienia homininów zaliczamy tylko jeden gatunek rodzaju Homo, ale w przeszłości tych gatunków było więcej. Dziś ich nie ma, bo wymarły. Tutaj na scenę wkracza świeżo upieczony noblista. Podczas gdy wszyscy dookoła ekscytowali się samymi oględzinami odkrytych kości wymarłych homininów, Svante Pääbo zainteresował się możliwościami zastosowania badań genetycznych w tym zakresie. W 1997 r. na łamach czasopisma Cell opublikował wraz ze swoim zespołem artykuł, opisujący mitochondrialne DNA neandertalczyka. Uważamy, że neandertalczyk był albo alternatywnym gatunkiem z rodzaju Homo, albo podgatunkiem Homo sapiens. Niestety, dziś nikt nie rozstrzygnie na korzyść którejkolwiek z tych dwóch opcji. Wielu autorów jednak preferuje myślenie o neandertalczyku, jak o gatunku. Tak czy inaczej, okazało się, że genom mtDNA neandertalczyka jest czymś innym, niż genomy mtDNA szympansa i człowieka współczesnego. Każde z tych zwierzątek zawiera więc, jak by to wynikało z tych wstępnych badań, wyraźnie odmienny mitochondrialny kod genetyczny.
Należy tu wspomnieć, że w każdej naszej komórce, z pewnymi wyjątkami, których tutaj już nie warto przytaczać, mamy swoje DNA. Jest to główny materiał genetyczny, dziedziczony od obojga rodziców, definiujący, jak będziemy się budowali w rozwoju embrionalnym i jak będziemy funkcjonowali po urodzeniu. Ale komórki zawierają też mitochondrium, które pierwotnie mogło być bakterią, z jaką zawarliśmy sojusz symbiozy. Mitochondria posiadają swoje własne DNA; dziedziczymy je tylko od matek. Badania mtDNA mają plusy i minusy, ale to nie to samo, co badanie „głównego” DNA. Pełna treść artykułu Pääbo jest dostępna pod tym linkiem.
Znacznie więcej danych i wniosków Pääbo (wraz ze swoim zespołem) opublikował całkiem niedawno, bo w 2010 r. na łamach czasopisma Science. Pełny tekst tego artykułu, ale w postaci autorskiego manuskryptu przed procesem recenzji, jest dostępny w PubMed Central pod tym linkiem.
Choć badania mtDNA niewiele mogły powiedzieć o możliwym krzyżowaniu się obu gatunków, tak dalsze prace pokazały jednoznacznie, że neandertalczycy mieszali się z przodkami współczesnych ludzi. Co więcej, nasz genom – genom współczesnych ludzi – zawiera w sobie geny neandertalczyka. Zatem jesteśmy mieszańcami pierwotnych ludzi i neandertalczyków? Co ciekawe, współcześni mieszkańcy Afryki są w mniejszym stopniu „skażeni” genami neandertalczyka, niż mieszkańcy Europy i Azji. Nie wiem, jak na to się zapatruje biały rasista, ale wychodzi, że czarnoskóry mieszkaniec Afryki jest czystszym „rasowo” człowiekiem, niż ten biały, pełny uprzedzeń. (Rasizm jest zły; wszyscy ludzie, bez względu na swój kolor skóry czy niuanse genetyczne, są całkiem w porządku; kluczowe jest to, co ludzie mają w głowach – pewne ideologie czynią z ludzi osobników szkodliwych i niebezpiecznych, bez względu na geny i kolor skóry).
Muszę tu wspomnieć o kolejnym artykule, opublikowanym w 2014 r. na łamach czasopisma Nature. (Jego pełny tekst, ale w postaci autorskiego manuskryptu, jest dostępny w PubMed Central pod tym linkiem).
Nie da się tego artykułu pominąć, ponieważ opisuje wysokiej jakości sekwencję genomu neandertalskiej kobiety, której szczątki znaleziono na Syberii. Badania ujawniły, że rodzice tej kobiety musieli być ze sobą spokrewnieni – obydwoje mieli wspólnego jednego rodzica. Autorzy doszli do wniosku, że współżycie bliskich krewnych ze sobą wśród wcześniejszych przodków tej kobiety musiało być powszechne. Ale to tylko ciekawostka.
Znacznie ważniejsze są wnioski dotyczące tego, jak mieszały się geny przodków współczesnych ludzi i neandertalczyków, oraz innych – wciąż jeszcze mało poznanych – homininów, których genom Pääbo również zbadał i opisał. Jego badania pokazują, że kiedy przodkowie współczesnych ludzi opuścili Afrykę i zawędrowali do Europy i Azji, zastali te kontynenty zamieszkałe. W Europie rezydował już neandertalczyk, zaś w Azji, czy też na Pacyfiku, pewien inny hominin (Człowiek z Denisowej Jaskini). Po tym spotkaniu my, współcześni, odziedziczyliśmy niewielki procent genów tych, dziś już wymarłych, homininów. Ale o tym już wspominałem. Teraz jednak pokazuję, jak wyniki tych badań należy rozumieć, bez pejoratywnych skojarzeń.
Tak czy inaczej, poznanie genomu neandertalczyka nie było łatwe. Zapewne wielu czytelników zna seriale kryminalne, bardzo modne w ostatnich dwóch dekadach, w których detektywi prawie od razu ustalają DNA sprawcy na podstawie jakiejś jego wydzieliny znalezionej na miejscu zbrodni. To nie tak, że znaleziony materiał biologiczny kładzie się na skanerze, wciska przycisk i pyk, wyskakuje wynik z nazwiskiem sprawcy. Zdobycie i przebadanie genomu homininów to była bardzo wymagająca praca, w której trzeba było się wykazać nadzwyczajną sumiennością, precyzyjnością, cierpliwością, jak również panowaniem nad stresem i presją czasu, bo przecież inne zespoły badawcze także pracowały nad tym samym i każdy chciał jako pierwszy opublikować wyniki.
Svante Pääbo opisuje to wszystko w swojej książce „Neandertalczyk. W poszukiwaniu zaginionych genomów” (wydanej w oryginale w 2014 r., a w Polsce w 2015 r. przez Prószyński i S-kę w Warszawie, w przekładzie Anny Wawrzyńskiej). Książka ta jest czymś w rodzaju autobiografii, w której autor przedstawia swoje losy, związane nie tylko z badaniem genomu neandertalczyka. Wspomniane w książce przygody dotyczą jednak przede wszystkim pracy naukowej. Pääbo przytacza pytania jakie sobie stawiał jako naukowiec oraz przedsięwzięcia badawcze jakie podejmował, aby na te pytania odpowiedzieć. Opisuje metody badawcze jakie stosował w laboratorium, ich mocne i słabe strony; co trzeba było robić, aby wykluczyć alternatywne wyjaśnienia przeprowadzonych eksperymentów. Dzięki temu czytelnik rozumie, czy badacz czekał na wyniki z optymizmem, czy z pesymizmem, jak dużo go to kosztowało wysiłku, jakie temu towarzyszyły emocje.
Pozwolę sobie przytoczyć fragment z początku, kiedy to w latach 80. XX w. Pääbo pozyskał próbkę materiału biologicznego z mumii, lecz w małej ilości, a do dalszych prac potrzebował zdecydowanie więcej. W takich przypadkach biolodzy namnażają DNA, które ich interesuje. Aby zrozumieć, jak to się robi, trzeba pamiętać o tym, jak działa wirus – replikuje swój genom, korzystając z maszynerii molekularnej komórki, jaką zainfekował. Zatem biolodzy wprowadzają DNA, które ich interesuje, do wirusa, a nim infekują bakterie.
„ (…) postanowiłem sklonować DNA z mumii przez wprowadzenie go do bakterii. Najpierw podziałałem na nie enzymami modyfikującymi końce łańcuchów, by ułatwić łączenie różnych ich fragmentów. Tak przygotowany materiał genetyczny zmieszałem z plazmidem bakteryjnym, a następnie dodałem kolejny enzym, łączący poszczególne fragmenty DNA ze sobą. Teoretycznie powinno dojść do połączenia fragmentów DNA z cząsteczkami plazmidu. Po wprowadzeniu do bakterii plazmid ze wstawką jest wielokrotnie kopiowany w ich komórkach, jednocześnie zapewniając dalszy wzrost bakterii na pożywce z antybiotykiem (w plazmidzie znajduje się również gen oporności na ten antybiotyk). (…) Płytki, na których miały wyrosnąć bakterie niosące plazmid ze współczesnym DNA, były tak gęsto pokryte koloniami, że tworzyły jednolitą murawę. A więc plazmid działał – był zdolny do połączenia się ze wstawką DNA a po wprowadzeniu go do bakterii, zyskały one gen oporności na antybiotyk obecny w pożywce. Na płytkach, na których wysiałem bakterie wzbogacone o plazmid bez wstawki, nic nie rosło, co potwierdzało, że w roztworze nie było też obcego DNA, zdolnego do połączenia się z plazmidem. Wreszcie na płytkach, gdzie powinny rosnąć bakterie ze wstawką z DNA berlińskiej mumii, namnożyło się kilkaset kolonii. Byłem uszczęśliwiony. Najwyraźniej udało mi się właśnie powielić DNA sprzed 2,4 tys. lat! Zacząłem się jednak zastanawiać, czy nie pochodziło ono z bakteryjnego zanieczyszczenia. „
(tamże, str. 51, 52)
Zatem już wiecie, czego się spodziewać. Nie będę tu zdradzał, jak ta historia się kończy, ani przytaczał fragmentów książki dotyczących zdobywania wiedzy o neandertalczyku. Jak kogoś to ciekawi, sięgnie po książkę osobiście. Zamiast tego przytoczę fragment notatki prasowej Norweskiego Komitetu Noblowskiego, dotyczącej Svante Pääbo (link do źródła)
„Dzięki swoim pionierskim badaniom Svante Pääbo dokonał czegoś pozornie niemożliwego: zsekwencjonował genom neandertalczyka, wymarłego krewnego współczesnych ludzi. Dokonał także sensacyjnego odkrycia nieznanego wcześniej hominina, denisowianina [Człowiek z Denisowej Jaskini – przyp. śrubkowy]. Co ważne, Pääbo odkrył również, że nastąpił transfer genów z tych wymarłych homininów do Homo sapiens po migracji z Afryki około 70 000 lat temu. Ten starożytny przepływ genów do współczesnych ludzi ma dziś znaczenie fizjologiczne, na przykład wpływa na reakcję naszego układu odpornościowego na infekcje. Przełomowe badania Pääbo dały początek zupełnie nowej dyscyplinie naukowej; paleogenomice. Ujawniając różnice genetyczne, które odróżniają wszystkich żyjących ludzi od wymarłych homininów, jego odkrycia są podstawą do eksploracji tego, co czyni nas wyjątkowymi.”
To tyle. Mam nadzieję, że prostota tego artykułu nie będzie dla czytelnika bluźnierstwem.
Pan Śrubka.