ELSC News

How do we we differ from Neanderthals, and why did we outlive extinct humanoid types?

May 11, 2014

In parallel with modern man (Homo sapiens), there were other, extinct  types of humans with whom we lived side by side, such as Neanderthals and the recently discovered  Denisovans of Siberia. Yet only Homo sapiens survived. What was it in our genetic makeup that gave us the advantage?

The truth is that little is known about our unique genetic makeup as distinguished from our archaic cousins, and how it contributed to the fact that we are the only species among them to survive. Even less is known about our unique epigenetic makeup, but it is exactly such epigenetic changes that may have shaped our own species.

While genetics deals with the DNA sequence itself and the heritable changes in the DNA (mutations), epigenetics deals with heritable traits that are not caused by mutations. Rather, chemical modifications to the DNA can efficiently turn genes on and off without changing the sequence. This epigenetic regulatory layer controls where, when and how genes are activated, and is believed to be behind many of the differences between human groups.

Indeed, many epigenetic changes distinguish us from the Neanderthal and the Denisovan, researchers at the Hebrew University of Jerusalem and Europe have now shown.

In an article just published in Science, Dr. Liran Carmel, Prof. Eran Meshorer and David Gokhman of the Alexander Silberman Institute of Life sciences at the Hebrew University, along with scientists from Germany and Spain, have reconstructed, for the first time, the epigenome of the Neanderthal and the Denisovan. Then, by comparing this ancient epigenome with that of modern humans, they identified genes whose activity had changed only in our own species during our most recent evolution.

Among those genetic pattern changes, many are expressed in brain development. Numerous changes were also observed in the immune and cardiovascular systems, whereas the digestive system remained relatively unchanged.

On the negative side, the researchers found that many of the genes whose activity is unique to modern humans are linked to diseases like Alzheimer’s disease, autism and schizophrenia, suggesting that these recent changes in our brain may underlie some of the psychiatric disorders that are so common in humans today.

By reconstructing how genes were regulated in the Neanderthal and the Denisovan, the researchers provide the first insight into the evolution of gene regulation along the human lineage and open a window to a new field that allows the studying of gene regulation in species that went extinct hundreds of thousands of years ago.


Photo: Juan Schkolnik

במה אנחנו שונים מזני בני אדם נכחדים כמו הניאנדרתלים?

במחקר פורץ דרך גילו חוקרים מהאוניברסיטה העברית שהתשובה נעוצה בדרך שבה הגנים שלנו עובדים.

כולנו נולדנו לתוך עולם שבו אנו מין בני האדם היחיד. אולם מנקודת מבט אבולוציונית, זהו מצב חדש וחסר תקדים. במשך רוב תולדות האנושות, חיו לצידנו זני אדם אחרים, איתם באנו במגע, החלפנו מידע ואף הבאנו צאצאים משותפים.

לא הרבה ידוע על הרכיבים הגנטיים שמייחדים בני אדם מודרניים והאם הייתה להם השפעה על העובדה שאנו זן בני האדם היחיד ששרד. עוד פחות ידוע על האפיגנטיקה המיוחדת שלנו. בעוד שגנטיקה עוסקת בשינויים מורשים ברצף הד.נ.א (מוטציות), האפיגנטיקה עוסקת בשינויים מורשים שאינם נגרמים על ידי מוטציות, אלא על ידי שינויים כימיים במולקולת הד.נ.א ש"מדליקים" ו"מכבים" גנים ביעילות רבה. כך, משמשת האפיגנטיקה כשכבת בקרה הקובעת איפה, מתי, ואיך יופעלו הגנים בגופנו. מקובל להניח ששינויים אפיגנטיים עומדים בבסיס רבים מההבדלים בין זני בני האדם.

בעבודה, שפורסמה השבוע בכתב העת היוקרתי Science, פיתחו ד"ר לירן כרמל, פרופ' ערן משורר ודוד גוכמן שיטה מהפכנית המאפשרת לשחזר את האפיגנטיקה של זני בני אדם שנכחדו – האדם הניאנדרתלי והאדם מדניסובה (שהינו זן אדם נוסף שהתגלה רק בשנים האחרונות). באמצעות השוואת האפיגנטיקה של זני אדם אלה לזו שלנו, זיהינו גנים אשר פעילותם השתנתה בנו במהלך אלפי השנים האחרונות, ומכאן שהיא ייחודית לבני אדם מודרניים. במחקר זיהו החוקרים שהמערכת שבה חלו השינויים הרבים ביותר היא המוח. גם המערכת החיסונית ומערכת הלב-ריאה עברו שינויים רבים, בעוד שמערכת העיכול נותרה יחסית ללא שינוי. יתר על כן, רבים מהגנים שפעילותם ייחודית לנו, קשורים במחלות כדוגמת אלצהיימר, אוטיזם וסכיזופרניה, מה שמעלה את הסברה שהשינויים האבולוציוניים שיצרו את הפעילות הקוגניטיבית המיוחדת לנו, הם אותם השינויים שגם עומדים בבסיסן של מחלות פסיכיאטריות אשר כה נפוצות בקרב בני אדם מודרניים.

העבודה מספקת את ההצצה הראשונה לאבולוציה של בקרת גנים בשושלת האדם, ופותחת אופק לשדה מחקר חדש, בו יילמדו רשתות בקרה אפיגנטיות במינים שנכחדו מן העולם כבר לפני מאות ואלפי שנים רבות.

 

מקור: דוברות האוניברסיטה העברית