jeśli chodzi o gatunki, mówi antropolog biologiczna Rebecca Ackermann: „zapomnij o wszystkim, czego nauczyłeś się w liceum.”
klasyczna definicja podręcznikowa, znana jako pojęcie gatunku biologicznego, to grupa organizmów, które produkują ze sobą tylko płodne potomstwo. Zgodnie z tą zasadą udomowione psy są pojedynczym gatunkiem-czy to jamnik, czy dog niemiecki — ale Osioł i koń nie są.
Ackermann, profesor Uniwersytetu w Kapsztadzie, opowiada się za inną definicją, która nie zależy od udanego seksu: grupa organizmów dzielących mieszankę cech anatomicznych, behawioralnych i genetycznych, które odróżniają je od innych grup. Ale dodaje: „wielu, wielu biologów ewolucyjnych, których znam, często całkowicie unika słowa gatunek.”
To dlatego, że drzewo ewolucyjne jest splątane, a wiele organizmów na rozbieżnych gałęziach nadal może się krzyżować. „Psy mają, świnie mają, myszy mają. Nazwij to i tak jest ” – mówi biolog ewolucyjny z University of Georgia Michael Arnold. „Pod każdym krzakiem jest hybryda.”
to także nasi przodkowie. Dowody genetyczne wykazały, że starożytny Homo sapiens krzyżował się z neandertalczykami i ich wschodnimi kuzynami, Denisowianami, kilka razy od 100 000 do 40 000 lat temu. Neandertalczycy i Denisowianie połączyli się ze sobą, a Denisowianie połączyli się z odległym rodowodem, nieznanym jeszcze ze skamieniałości, który mógł być bliższy wcześniejszemu Homo erectus.
w ostatnich starożytnych badaniach DNA, prawie „za każdym razem, gdy nowy osobnik jest sekwencjonowany z ludzkiego zapisu kopalnego”, mówi Ackermann, „jest jakiś nowy dowód na przepływ genów.”
krzyżowanie może być częstym tematem w ewolucji człowieka, ale trudno to zrozumieć dzisiaj, kiedy nasz jest jedynym gatunkiem Homo, który pozostał. Aby lepiej zrozumieć naszą przeszłość, antropolodzy, tacy jak Ackermann, rozpoczęli badania nad innymi zwierzętami, które łączą się w klasyczne linie gatunków biologicznych.
jest jeden poważny problem z pojęciem gatunków biologicznych: Nie może być stosowany do organizmów rozmnażających się bezpłciowo, co obejmuje większość drobnoustrojów. Wymóg płci stanowi również wyzwanie dla wymarłych zwierząt, ponieważ paleontolodzy nie są w stanie stwierdzić, po prostu patrząc na dwie podobne skamieniałości, czy stworzenia mogły się kojarzyć. Wykluczenie organizmów wymarłych i bezpłciowych oznacza, że pojęcie gatunku biologicznego nie działa dla zdecydowanej większości istniejącego życia.
mimo to biolodzy długo opowiadali się za tą definicją, częściowo dlatego, że pasowała ona do dominującego obrazu ewolucji jako rozgałęzionego drzewa, w którym pojedynczy gatunek przodków rozdziela się na odrębne linie gatunków potomnych.
„To był klasyczny pomysł”, mówi Arnold. Zamiast tego, jak mówi, musimy uznać, że gdy potomkowie rozgałęziają się, ” geny są nadal wymieniane, mimo że nazywamy je różnymi gatunkami.”
krzyżowanie zostało wykryte u 10% gatunków zwierząt i 25% naczelnych, w tym w trakcie krzyżowania się tak odległych krewnych, jak gelada i małpy pawiana, których ostatni wspólny przodek żył około 4 miliony lat temu.
uznając wszechobecność krzyżowania się naczelnych, Arnold był autorem książki dziesięć lat temu, w której twierdził, że hybrydyzacja prawdopodobnie miała miejsce w ewolucji człowieka. Otrzymał kilka pochlebnych recenzji od antropologów, którzy uważali, że Homo sapiens nie bierze udziału w sprawach międzygatunkowych – aż do kilku miesięcy później, gdy sekwencjonowanie genomu neandertalczyka ujawniło, że tak.
„starałem się nie czuć zbyt zadowolony z siebie, ponieważ tak bardzo się myliłem w wielu sprawach podczas mojej kariery naukowej”, wspomina Arnold.
czego nauczyli nas Pawiany
chociaż DNA potwierdza, że starożytne homininy krzyżowały się, nie mówi całej historii, łącznie z tym, jak hybrydowe potomstwo radziło sobie w różnych środowiskach lub społeczeństwach.
„nigdy nie będziemy w stanie oglądać interakcji między archaicznymi homininami a naszą własną rodowodem w czasie rzeczywistym, ale to jest coś, co możemy zrobić z nieludzkimi naczelnymi”, mówi Jenny Tung, biologiczna antropolog z Duke University.
Tung bada pawiany w Kotlinie Amboseli w Kenii. Populacja jest obserwowana od dziesięcioleci. Chociaż są to głównie pawiany żółte, w latach 80. naukowcy zauważyli sporadyczne pawiany Anubisa, osobny gatunek znaleziony na północy.
linie te rozdzieliły się około 1,4 miliona lat temu — ponad dwa razy więcej niż uważano, aby oddzielić neandertalczyków od współczesnych ludzi. Jednak pomimo różnic fizycznych i genetycznych między gatunkami, hybrydy udokumentowane wśród pawianów są płodne i Kwitnące.
„to zaczęło budzić wiele pytań o to, jak te dwa gatunki rodzicielskie mogą pozostać oddzielone od siebie, jeśli wydają się swobodnie domieszać”, mówi Tung.
aby zrozumieć ten proces, Tung i współpracownicy przeprowadzili testy przodków – ” oglądamy, wiesz, kupę pawiana Abby, a następnie pobieramy jej próbkę kału i wydobywamy z niego DNA — – i porównujemy te wyniki z obserwacjami behawioralnymi.
w ostatnich badaniach zespołu, 22 pawiany Amboseli testowane miały 12 do 72 procent przodków anubis, w tym osoby, które wyglądały jak czyste żółcienie. Wszechobecne sygnatury genetyczne Anubisa sugerują, że gatunek kojarzył się od setek, a nawet tysięcy pokoleń.
dalsze analizy, w tym pawiany z dalszych stron, wykazały jednak, że mieszańce istnieją tylko w wąskiej, przejściowej strefie między rdzennymi terytoriami Anubisa i pawianów żółtych. Jest możliwe, Tung uważa, że cechy hybrydowe w tym konkretnym środowisku lub grupie społecznej mogą nie być korzystne gdzie indziej. Na przykład ciemniejsze futro Anubisa, które mają niektóre hybrydy, może przegrzewać pawiany na czysto żółtym terytorium, które jest bardziej gorące, suche i bardziej podobne do sawanny w porównaniu z górzystymi lasami ziemi czystej Anubis. Jeśli tak, sugeruje to, że hybrydyzacja między homininami mogła być również przydatna w niektórych środowiskach i społeczeństwach, ale nie w innych.
jak rozpoznać hybrydę
Ackermann również bada pawiany, ale jej nie żyje. Jako ekspert w dziedzinie anatomii szkieletowej, zainteresowała się hybrydyzacją na początku 2000 roku, badając kości pawianów o znanych rodowodach. Zauważyła, że niektóre osobniki wyglądają trochę Nietypowo, tylko po to, by sprawdzić ich akta i odkryć, że są hybrydami.
„bardzo szybko zdecydowałem, że spróbuję scharakteryzować ilościowo to, co widzę” – wspomina Ackermann.
miała nadzieję znaleźć cechy szkieletowe, które wynikają z krzyżowania się w ogóle, które mogłyby być wykorzystane do wykrycia mieszańców wśród ludzkich skamieniałości. To był prowokacyjny cel, lata przed tym, jak genetyczne metody potwierdziły nawet hybrydyzację homininy. Ale jej podejście ma przewagę nad nawet najbardziej zaawansowaną analizą genetyczną: Chociaż starożytne DNA może wiarygodnie identyfikować hybrydy, rzadko jest zachowane w kościach z ciepłych regionów starszych niż 10 000 lat. Ponieważ skupia się na widocznych cechach szkieletowych, Ackermann może potencjalnie zidentyfikować skamieniałości hybrydowe obejmujące ponad 6 milionów lat historii hominin.
mierząc czaszki z 169 żółtych, anubisów i pawianów hybrydowych, które żyły w niewoli, stwierdziła, że mieszańce nie są po prostu pośrednikami gatunku macierzystego. Mają jednak często nieprawidłowości, takie jak dodatkowe lub nierówne zęby. To miało sens dla Ackermanna: Rozwijające się hybrydy otrzymywałyby polecenia od genomów obojga rodziców, które mogą nie być zsynchronizowane pod względem tego, kiedy niektóre zęby lub kości powinny się uformować. Te małe usterki nie wpłynęłyby na ewolucyjną sprawność jednostki, ale mogłyby dać naukowcom cynk o hybrydzie.
Ackermann znalazł te same dziwactwa rozwojowe w różnych grupach ssaków, takich jak antylopy i goryle. Następnie zastosowała swoją metodę do ludzkich przodków.
antropolodzy długo debatowali, czy poszczególne skamieniałości hominidów mogą reprezentować hybrydy, ale zwykle opierali swoje argumenty na nieuzasadnionym założeniu, że hybrydy przypominają półprodukty lub średnie ich rodziców. W badaniu z 2010 r.Ackermann wykorzystał anomalie rozwojowe, aby zasugerować kandydatów na hybrydy, takich jak 130 000-letni Neandertalczyk z Chorwacji z nieprawidłowymi przedtrzonowcami i 100 000-letni współczesny człowiek z Izraela z cechami takimi jak nierówne zęby i asymetryczna twarz.
znalazła się w niej również 35-letnia anatomicznie nowoczesna czaszka ludzka z Rumunii. Pięć lat po badaniach Ackermanna, starożytne DNA innego Homo sapiens w tym samym miejscu ujawniło, że osobnik miał przodka neandertalczyka zaledwie cztery do sześciu pokoleń wstecz.
ewolucja w Fast Forward
Ackermann i jej współpracownicy chcą wiedzieć, jak powszechne są te dziwactwa rozwojowe wśród hybryd i czy utrzymują się w kolejnych pokoleniach. Jej koledzy z Uniwersytetu w Calgary wyhodowali kilka pokoleń myszy z trzech podgatunków i dwóch gatunków na potrzeby projektu. Kerryn Warren, doktorantka z Uniwersytetu w Kapsztadzie, przeanalizowała kości.
projekt jest w toku, ale praca doktorska Warrena, zatytułowana „myszy i Homininy”, oferuje podgląd: Społeczności hybrydowe są zaskakująco zróżnicowane. Potomstwo może przypominać jednego rodzica lub mieszankę-lub przybierać formy niepodobne do rodzica. Domieszka pozwala gatunkom na zamianę i mieszanie genów, a nowatorskie cechy powodujące powstanie tych „pełnych nadziei potworów”, jak Warren i inni badacze nazywają hybrydy, mogą być użytecznymi ewolucyjnymi skrótami, szczególnie dla naszych przodków.
wraz z rozwojem Homo sapiens na całym świecie, stawiali czoła nowym środowiskom, żywności i chorobom. Migranci mogli dostosować się do tych nacisków, ale zajęłoby to wiele pokoleń.
niektóre grupy były jednak w stanie przyspieszyć ten proces: poprzez kojarzenie się z neandertalczykami i Denisowianami, których napotkali w swoim nowym świecie, linie nowo przybyłych Homo sapiens mogły nabyć lokalnie adaptacyjne geny związane z kolorem skóry i włosów, metabolizmem i odpornością w ciągu zaledwie dziesięcioleci. „To znacznie wyprzedza to, co można osiągnąć dzięki doborowi naturalnemu”, mówi Ackermann. „Hybrydyzacja miała poważny wpływ, duży wpływ na ludzi.”