Mamma neandertaliana e babbo denisovano: un altra eccezionale scoperta nella grotta di Denisova in Siberia

La scoperta che i vari gruppi umani recenti (gli uomini anatomicamente moderni a parte gli abitanti dell'Africa subsahariana, i neandertaliani e i denisovani) portano nel loro DNA nucleare le tracce di incroci reciproci è abbastanza recente e ha diverse implicazioni scientifiche (e, volendo, morali, visto che qualcuno non "crede" a questo per suoi motivi che esulano dalla Scienza). La notizia del momento è che è stato trovato per la prima volta un ibrido diretto fra un denisovano (a sua volta non proprio "puro"...) ed una neandertaliana. Ripercorro quindi in particolare la questione dei Denisovani e del loro patrimonio genetico: una popolazione ancora oscura che potrebbe addirittura risalire a Homo erectus e il cui areale poteva comprendere tutta l'Asia Orientale. Di fatto il materiale fossile recente disponibile mostra delle caratteristiche anatomiche particolari, ma tranne che nella grotta siberiana il suo stato di conservazione non è sufficiente per poterne esaminare il DNA.  

IL PARTICOLARE DNA DELLA SIBERIA MERIDIONALE. La grotta di Denisova, nei monti Altai (Siberria centromeridionale), è nota per la grande concentrazione di reperti umani che parlano di una frequentazione del sito tra 300 e 30 mila anni fa, da parte di esponenti di Homo neanderthalensis (nota 1). Nel 2010 fece molto scalpore la scoperta di una falange e un molare di circa 50.000 anni fa il cui DNA mitocondriale era diverso sia da quello neandertaliano che da quello di noi Uomini anatomicamente moderni (definizione migliore rispetto a sapiens) (Krause et al, 2010): ciò faceva supporre che gli antenati dei possossori di questi frammenti (i Denisovani appunto), si fossero separati dalla linea che ha portato successivamente agli Uomini anatomicamente moderni e ai Neandertaliani oltre 700.000 anni fa. Insomma, dopo la scoperta nel 2003 del piccolo uomo di Flores – la cui scomparsa avvenne comunque oltre 40.000 anni fa e non fino a 12.000 come supposto in precedenza (Sutikna et al, 2016) –  c’è una chiara testimonianza della presenza in tempi recenti di una quarta “genia” umana (nota 2).

Bisogna comunque notare che datazione della divergenza e riferimenti non erano particolarmente sicuri, perché il MtDNA si trasmette esclusivamente per linea materna e quindi è soggetto a mutazioni (che possono essere anche parecchio selettive, caso nel quale l’età della divergenza può essere molto sovrastimata) ma non a rimescolamenti e fornisce una storia piuttosto parziale. Pertanto mancava una conferma da parte del DNA nucleare, il cui studio era ancora in corso e i cui risultati, presentati qualche mese dopo (Reich et al, 2010), hanno fornito una storia completamente diversa: gli antenati degli Uomini anatomicamente moderni si sarebbero separati precocemente dagli antenati comuni di Denisovani e neandertaliani e nei denisoviani se il DNA mitocondriale è piuttosto caratteristico, quello nucleare presenta una forte componente di ibridazione con i neandertaliani. Queste conclusioni sono state confermate da lavori più recenti arrivate più recentemente (Sawyer et al. 2015), che hanno anche confermato la vicinanza genetica dei diversi reperti denisoviani.

Considerando più realistico lo scenario proposto dal DNA nucleare, per spiegare questa discrepanza furono proposte due ipotesi:

• la linea del mtDNA risale ad un’altra linea di Homo di cui non abbiamo dati (magari un erectus)
• la discordanza è il risultato di una deriva genetica che può aver permesso casualmente nei Denisovani la sopravvivenza di una linea divergente del mtDNA persa nei Neandertal e negli uomini anatomicamente moderni

La morfologia del molare con DNA denisoviano trovato nel 2008 dimostra che questa popolazione si distingue sia dagli uomini anatomicamente moderni che dai neandertaliani; in particolare i denisovani si sarebbero separati dalla linea dei neandertaliani prima che questi ultimi sviluppassero delle caratteristiche dentali specifiche, la cui apparizione data a circa 300.000 anni fa. 

Il DNA mitocondriale e quello nucleare
dei Denisovani sono apparentemente non coerenti

DNA DENISOVANO IN SPAGNA 400.000 ANNI PRIMA! Ancora più sorprendentemente, individui attribuibili a Homo Heidelbergensis con tratti ancestrali neandertaliani, vissuti a Sima de los Huesos, nella Spagna di NW 430.000 anni fa (Arsuaga et al 2014) mostravano anch’essi, quasi 400.000 anni prima dei reperti siberiani, un DNA mitocondriale più imparentato con i denisovani che con altri Homo (Mayer et al 2013). Anche in questo caso tempo dopo sono usciti i dati sul DNA nucleare, che mostrava una maggiore affinità neandertaliana che denisovana (Mayer et al, 2016).

Per spiegare l’affinità denisoviana del DNA mitocondriale spagnolo antico sono state avanzate diverse ipotesi:

• una ibridazione Neandertal – Denisova precoce
• un segnale antico, forse addirittura risalente, appunto, a Homo erectus, ereditato dagli antenati comuni di Uomini anatomicamente moderni e neandertal, ma successivamente perso da entrambi (cosa che con il DNA mitocondriale, che si trasmette solo in linea femminile, non è poi così difficile)
• due linee del DNA mitocondriale profondamente divergenti (mtDNA) coesistevano nella popolazione spagnola, delle quali una ha caratterizzato in seguito solo i denisovani perché nei neandertal si è estinta 
• un flusso genico da un'altra popolazione di ominidi non neandertaliani ha portato il mtDNA simile a Denisova in questa popolazione o nei suoi antenati. Quest'ultimo scenario implicherebbe la coesistenza in Europa di due distinte popolazioni prima di quel periodo, un'interpretazione che non è contraddetta dalle prove fossili

C’è anche da chiedersi poi se gli abitanti di Sima de los Huesos abbiano lasciato discendenti: tra questi e gli ultimi neandertal c’è una importante fase glaciale in mezzo, in cui le popolazioni europee si sono trovate a mal partito, anche se sembra che l’area cantabrica sia stata abitata anche durante questo periodo. Come vedremo c'è anche la possibilità che i neandertaliani recenti rappresentino una migrazione successiva in Europa che ha sostituito gli abitanti precedenti.

Un possibile scenario della geografia umana di 50.000 anni fa 

CLIMA, AMBIENTE E POPOLAZIONI NELL'ASIA DI 50.000 ANNI FA. Sempre parlando del clima e tornando all’epoca dei reperti denisovani, dobbiamo notare che circa 50.000 anni si colloca il momento a massima temperatura della fase interglaciale, grazie a cui i gruppi umani potevano spingersi molto a nord e riconquistare regioni dal clima sensibilmente più ospitale dei tempi precedenti, perse durante la fase glaciale rissiana, il cui culmine è tra 140.000 e 120.000 anni fa, quando l’areale umano in Eurasia era stato sensibilmente ridotto, come è successo 20.000 anni fa durante l’ultimo massimo glaciale.

I neandertaliani di quel periodo, che occupavano Europa e Asia settentrionale, almeno fino alla Siberia centrale, mostrano una scarsa variabilità genetica a causa di un forte ridimensionamento della popolazione avvenuto tempo prima e di cui, appunto, la fase glaciale Rissiana è una causa realistica. E questa fase può aver anche inciso notevolmente sulla dinamica genetica dei Denisovani.

Gli uomini anantomicamente moderni oltre all’Africa occupavano parte dell’Asia sudoccidentale, mentre non è molto chiaro come fosse la situazione in Asia orientale: è possibile che fosse abitata proprio dai denisovani e che questi fossero discendenti di Homo erectus. Erectus dovrebbe essere vissuto lì almeno fino a 150.000 anni fa e di fatto i reperti fossili mostrano una certa ibridazione fra l’uomo anatomicamente moderno e una popolazione arcaica e di questi alcuni sono estremamente recenti, perchè datano addirittura a meno di 15.000 anni fa (Curnoe et al, 2015): questa popolazione arcaica potrebbe proprio essere rappresentata dai denisovani, ma purtroppo a quanto mi risulta non è mai stato possibile estrarre il DNA a causa del cattivo stato di conservazione del materiale.  

I DENISOVANI NELL'UMANITÁ ATTUALE. La scoperta dei Denisovani è stata seguita da studi che hanno indicato degli aspetti sorprendenti del genoma umano contemporaneo.

Praticamente in contemporanea alle scoperte di Denisova era uscito un lavoro in cui veniva dimostrato che l’umanità fuori dall’Africa subsahariana (quindi in Africa settentrionale, Europa, Asia, Oceania ed Americhe) possiede una certa percentuale di geni neandertaliani (Green et al, 2010): questa ibridazione è avvenuta prima della differenziazione degli euroasiatici, perché è comune dappertutto fuori dall’Africa, anche se è leggermente più elevata in Asia che in Europa; si tratta in genere di percentuali molto ridotte (1-3%), che comunque dimostrano una certa ibridazione e ancora di ibridi diretti sapiens – neandertal che io sappia non se ne sono ancora trovati: Il “più ibrido” che conosco è un sapiens in Romania di circa 40.000 anni fa che ha un antenato neandertaliano tra la sesta e l’ottava generazione (Fu et al, 2015). Diciamo che in qualche modo gli incroci diretti non hanno avuto un grande successo riproduttivo; il perché non è ancora chiaro, anche se secondo una buona parte degli Autori alla base ci sarebbe una scarsa fertilità di questi individui (esempio: Sankararaman et al 2016). Peraltro, specularmente, anche i neandertal mostrano segni di ibridazione con i sapiens (Kuhlwilm et al, 2016)

I denisovani non condividono con i neandertaliani quella parte del genoma Neander che è finita nel patrimonio genetico degli euro-asiatici, come era logico aspettarsi visto che la separazione fra queste due popolazioni è anteriore all'ibridazione neandertal –  uomo anatomicamente moderno avvenuta in Medio Oriente. È però evidente che parti del genoma denisovano sono diffuse nelle popolazioni attuali dell’Asia sudorientale insulare e dell’Oceania in misura variabile fra 1 e 4 %, segno di una ibridazione dell’uomo anatomicamente moderno anche con gli appartenenti a questa stirpe. Non solo, ma la diffusione capillare di questi segnali evidenzia che il flusso genico denisovano era presente negli antenati comuni delle popolazioni autoctone di Nuova Guinea, Australia e Melanesia (non dei polinesiani, che sono molto diversi dai loro vicini). Ultimamente è stato notata addirittura, la presenza di almeno due ibridazioni diverse (Browning et al 2018). Di fatto è proprio questa componente denisovana che distingue queste popolazioni dagli austronesiani, Asiatici continentali arrivati nelle isole non più di 4.000 anni fa. Insomma, il segnale denisovano esiste ancora oggi ma non nell’Asia continentale, nè nelle migrazioni più recenti dal continente (Indonesia, Filippine e Polinesia).

il quadro delle ibridazioni attualmente riconosciute
fra i gruppi umani recenti

L'IBRIDO APPENA INDIVIDUATO E LE PROSPETTIVE SCIENTIFICHE. In questi giorni è uscita una ricerca in cui un frammento osseo di Denisova, denominato Denisova 11, datato a circa 50.000 anni fa (Brown et al, 2016), si è dimostrato appartenente ad un individuo ibrido che più ibrido non si può: il padre era un denisovano, ma con un DNA nucleare dalle evidenti tracce di Neandertal (e fin qui, insomma, la cosa è abbastanza normale). La madre era invece, decisamente, una neandertaliana. E, tanto per complicare il quadro, la sua genetica è tipica dei neandertaliani europei più recenti che di quelli asiatici dell’epoca. 

È chiaro che una rondine non fa primavera e quindi da un singolo individuo non si può arrivare ad una regola generale, ma la presenza di questo DNA neandertaliano europeo può voler dire due cose: o all’epoca nelle popolazioni neandertaliane alcuni individui si muovevano molto velocemente, oppure tra 50 e 40 mila anni fa c’è stata una massiccia migrazione di neandertaliani asiatici verso l’Europa. 

Anche se è oramai evidente che uomini anatomicamente moderni  euroasiatici, neandertaliani e denisovani si siano abbondantemente e ripetutamente mescolati fra loro, è la prima volta che viene scoperto un ibrido di prima generazione. 

Note:
(1) la “h” di Neanderthalensis: una variazione introdotta nella grafia tedesca ha tolto la “h” dal termine “thal” (valle). Ma siccome questa variazione è intervenuta dopo che i resti sono stati classificati con la classificazione binomiale, che non può cambiare nome, si parla di “neandertaliani” con la nuova grafia ma dal punto di vista tassonomico rimane valida “Homo neanderthalensis”

(2) ricordo che parlo di “gruppi” o “popolazioni” e non di specie diverse perché, come ho spiegato qui, tra chi parla di poche “specie” (considerando tutte le varie denominazioni per “comodità” senza dare loro un significato classificativo assoluto) e chi parla di tante specie nel corso dell’evoluzione umana io sono parecchio estremista: da Australopithecus ad oggi un’unica cronospecie.
  
Arsuaga et al (2014) Neandertal roots: Cranial and chronological evidence from Sima de los Huesos Science, 344, 1358-1363

Brown  et al (2016) Identification of a new hominin bone from Denisova Cave, Siberia using collagen fingerprinting and mitochondrial DNA analysis Sci. Rep. 6, 23559 (2016). 

Browning et al (2018) Analysis of Human Sequence Data Reveals Two Pulses of Archaic Denisovan Admixture  Cell 173, 1–9 

Curnoe et al (2015)  A Hominin Femur with Archaic Affinities from the Late Pleistocene of Southwest China. PLoS ONE 10(12): e0143332. doi:10.1371/journal. pone.0143332 

Fu et al (2015) An early modern human from Romania with a recent Neanderthal ancestor Nature 524, 216-219

Green et al (2010) A draft sequence of the Neandertal genome Science 328, 710–722

Krause, J. et al. (2010) The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia Nature 464, 894–897 

Kuhlwilm et al (2016) Ancient gene flow from early modern humans into Eastern Neanderthals Nature 530, 429-433

Meyer et al (2013) A mitochondrial genome sequence of a hominin from Sima de los Huesos Nature 505, 403–406 

Meyer et al (2016) Nuclear DNA sequences from the Middle Pleistocene Sima de los Huesos hominins Nature 531, 504-507   

Reich et al (2010) Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia Nature 468, 1053-1060

Reich et al (2011) Denisova Admixture and the First Modern Human Dispersals into Southeast Asia and Oceania The American Journal of Human Genetics 89, 516–528, 

Saywer et al (2015) Nuclear and mitochondrial DNA sequences from two Denisovan individuals PNAS 112, 15696-16000

Sankararaman et al (2016) The Combined Landscape of Denisovan and Neanderthal Ancestry in Present-Day Humans Current Biology 26, 1241–1247 

Sutikna et al (2016). Revised stratigraphy and chronology for Homo floresiensis at Liang Bua in Indonesia Nature, 532, 366-368