Forskarna löser de tre största gåtorna om människan

Proteiner ska avgöra det slutgiltiga faderskapsmålet

En tand från en noshörning, en 300 kilo tung apa, två utdöda människoarter och en forskargrupp i Köpenhamn – alla ingår de i historien om hur en ny metod som involverar urgamla proteiner kan avslöja vad som gav upphov till mänskligheten.

Kindtanden är fem centimeter bred och fyra centimeter hög. Den ser inte mycket ut för världen. För 1,77 miljoner år sedan satt den i munnen på en numera utdöd noshörning som strövade omkring i Dmanisi i Georgien.

I dag har tanden öppnat för en ny tidsepok i utforsk­ningen av vår egen arts historia.

Tack vare de upptäckter som forskarna gjorde när de studerade tanden kan vi nu kartlägga vårt stamträd i detalj flera miljoner år längre tillbaka i tiden än vad som tidigare varit möjligt.

Forskarna kommer därmed för första gången att kunna säga vilken art som gav upphov till mänskligheten – och de är redan nära att lösa den uppgiften.

År 2019 blev noshörningstanden världsberömd när en forskargrupp ledd av biokemisten Enrico Cappellini vid Köpenhamns universitet i Danmark publicerade resultaten av sin analys.

Eftersom tanden är så gammal innehåller den inte längre något användbart dna. Forskarna tittade då i stället på dess innehåll av proteiner, som bildas utifrån cellernas gener och därmed speglar genernas dna-sekvenser.

På så sätt kan även proteinerna avslöja ägarens släktförhållande.

Forskarna, som använde en ny variant av tekniken masspektrometri för att analysera tandens proteiner, kunde jämföra dem med motsvarande proteiner från andra utdöda och nu levande noshörningsarter.

Det visade sig att tandens ägare tillhör en gren av stamträdet som senare delades till andra arter, till exempel den ullhåriga noshörningen som dog ut efter den senaste istiden för cirka 8 000 år sedan.

Studierna visade också att fossilet har en gemensam förfader med den nu levande sumatranoshörningen.

Tänder låser upp en miljon år

För 1,77 miljoner år sedan, då den utdöda noshörningen från Dmanisi fortfarande gick och mumsade i sig blad, befann sig jorden mitt i en istid.

På norra halvklotet gled väldiga istäcken fram och tillbaka och det skulle dröja över en miljon år innan vår egen art, Homo sapiens, kom till.

Våra förfäder var dock i full färd med att inta världen.

Hittills har denna avlägsna forntid befunnit sig långt bortom vår räckvidd när det gäller genetiska studier.

Det äldsta dna som forskarna har kommit över är 700 000 år gamla kvarlevor av en häst, men normalt håller dna bara några hundratusen år.

Anledningen till att hästens dna bevarades så länge var att den låg i ett polarområde med permafrost. Lika stor tur har vi inte med fossil från vår egen utvecklingshistoria, som ägde rum i varmare områden.

Med forskarnas nya proteinteknik kan vi gå minst en miljon år längre tillbaka i tiden, och eftersom proteinerna finns i tänder – några av de vanligaste formerna av fossil – har forskarna många lämpliga fossil att studera.

Därmed kan de börja fylla i luckorna i människans utvecklingshistoria. Sådana finns det många av. Bland annat är upphovet till vår egen art, Homo sapiens, fortfarande föremål för debatt bland forskarna.

År 2018 publicerade en grupp engelska och tyska experter en artikel där de utmanar den vedertagna bilden av var och hur Homo sapiens uppstod.

Den gängse uppfattningen, att det inträffade för 200 000 år sedan i en isolerad grupp av förfäder i östra Afrika, håller inte längre, menar forskarna.

De påpekar att alla kranier som har hittats på fyndplatser i olika delar av Afrika bär drag som liknar Homo sapiens, men på olika sätt.

Det tyder på att vår art uppstod i en betydligt mer invecklad process där grupper utspridda över Afrika utvecklade diverse ”moderna” drag som därefter kom att blandas med varandra.

Om expertgruppen har rätt är kartläggningen av Homo sapiens utveckling en ännu mer komplicerad uppgift än vad vi hittills har trott.

Barnkranium förändrade historien

Oavsett om Homo sapiens utvecklades på en enda eller flera plats i Afrika kvarstår frågan från vem vår art utvecklades.

Fram till 1990-talet var de flesta överens om att Homo sapiens härstammar från Homo heidelbergensis, en fingerfärdig, grottboende människa med stor hjärna som levde i Afrika och Europa för 700 000–300 000 år sedan.

Dess kranium är ett mellanting mellan vår eget och neandertalmänniskans kranium, så teorin var att Homo heidelbergensis gav upphov till både neandertalmänniskan och Homo sapiens.

Den bilden förändrades år 1994 när ett fossil av ett barnkranium hittades i Atapuerca i Spanien.

Kraniet hade drag som liknade vår egen art ännu mer än Homo heidelbergensis.

I samma område grävde man under de följande åren ut 80 fossil från sex individer.

Tillsammans med barnkraniet tillskrevs de år 1997 en ny art, som fick namnet Homo antecessor. Dateringen av kraniet visade att det var cirka 780 000 år gammalt, ännu äldre än Homo heidelbergensis. Upptäckten av Homo antecessor väckte nya frågor.

Kanske var arten en förfader till Homo heidelbergensis? Det skulle överensstämma med fossilens ålder. Arten kunde emellertid också vara en direkt förfader till neandertalarna och oss själva, eller kanske bara till en av linjerna.

Studier av Homo antecessor-kraniet visar att det bär så kallade moderna drag, det vill säga drag som liknar våra egna mer än dragen hos neandertalmänniskan.

Studierna tyder på att Homo antecessor kan vara vår direkta förfader och att vissa av våra speciella drag har uppstått betydligt tidigare än vad vi har trott, eventuellt ännu tidigare än de drag vi förknippar med neandertalarna.

Det vi kallar ”moderna drag” är kanske i själva verket gamla drag. Det är en teori som har underbyggts av analyser av proteiner från urgamla tänder.

Forskarna vid Köpenhamns universitet har kartlagt proteiner från ett av Homo antecessors fossil och jämfört dem med proteiner från oss själva, neandertalmänniskan och denisovamänniskan, som levde samtidigt som neandertalarna tills för cirka 40 000 år sedan.

”Vi kan se att något som påminner om Homo antecessor är förfader till alla de tre utvecklingsgrenarna”, säger forskaren Eske Willerslev, som leder Center for GeoGenetik och som ingick i forskargruppen.

Därmed kan Homo antecessor mycket väl vara vår direkta förfader. Willerslev påpekar dock att det fortfarande är oklart hur Homo heidelbergensis passar in i bilden, så ingenting är definitivt.

”Vi saknar fortfarande en proteinsekvens från Homo heidelbergensis innan vi vet med säkerhet.”

Stor apa banar väg

Forskarna vid Köpenhamns universitet har visat protein-analysens styrka även i ett annat projekt, där de studerade kindtanden från den uppemot 300 kilo tunga människoapan Gigantopithecus blacki, som levde i Sydostasien tills för 300 000 år sedan.

Apan är enbart känd från tänder och fragment av underkäkar. Därför har paleontologerna haft svårt att fastslå dess släktskap med andra människoapor. Den nya protein­tekniken har dock ändrat på detta.

Hösten 2019 kunde forskarna avslöja att de hade utvunnit och analyserat protein från en av apans tänder. Tanden var 1,9 miljoner år gammal, äldre än tanden från den forntida noshörningen.

Analysen visade att jätteapans närmaste nu levande släkting är orangutangen, som den delade en förfader med för tio till tolv miljoner år sedan.

Resultatet är uppseendeväckande dels på grund av tandens ålder, dels för att den har hittats i ett område där medeltemperaturen är över 20 grader.

Det öppnar för att forskarna ska kunna studera människans tidiga ut­veckling i tropikerna. De kan nu ta sig ända till­baka till Homo erectus, en av
de första människoarterna som lämnade Afrika.

Planeten myllrade av människoarter

Människosläktets vagga stod i Afrika – eller i Asien. Nyligen gjorda fynd av människofossil runtom i världen fortsätter att skjuta forskarnas teorier i sank. Nu ska urgamla proteiner en gång för alla göra det möjligt att få klarhet i det förhistoriska myllret av människor och kartlägga våra förfäders vandringar.

I juli 2018 kunde den kinesiske geologen Zhaoyu Zhu offentliggöra resultatet av ett arbete åt vilket han ägnat 14 år av sitt liv. År 2004 började han tillsammans med en grupp kollegor gräva efter stenredskap på en bergssluttning i Shangchen i centrala Kina.

År 2007 hittade de den första stenen som helt uppenbart förarbetats av människohänder. Tio år senare hade de samlat in över hundra stycken i ett 73 meter tjockt jordlager.

Zhu visste att fynden i de nedersta jordlagren måste vara så gamla att redskapen omöjligt kunde ha tillverkats av moderna människor. Det var i sig ingen överraskning, för forskare har tidigare hittat rester av äldre människoarter utanför Afrika.

De äldsta är från Homo erectus, en tidig människoart som var först med att bemästra elden. Homo erectus levde i Georgien för 1,85 miljoner år sedan och i Kina för 1,7 miljoner år sedan.

De äldsta fynden av Homo erectus i Afrika är 1,9 miljoner år gamla, och teorin har hittills varit att arten uppstod i Afrika för att sedan utvandra därifrån. Det vänder dock Zhus upptäckter nu upp och ner på.

Zhu och hans kollegor delade upp jordlagren i Shangchen i 17 sektioner som de daterade var för sig. Lagren spände över 800 000 år och de sex äldsta stenredskapen var 2,12 miljoner år gamla.

Därmed är de inte bara 270 000 år äldre än de äldsta fossilen av Homo erectus utanför Afrika.

De är äldre än de första Homo erectus i Afrika. Exakt vad Zhus fynd innebär för historien om människans vandringar på planeten är ännu oklart, men de visar att vi inte har någon heltäckande bild.

Lyckligtvis kan analyser av urgamla proteiner snart räta ut forskarnas frågetecken.

Vårt släkte uppstod i Asien

Om stenredskapen i Shangchen tillverkades av Homo erectus måste arten ha lämnat Afrika betydligt tidigare än vad forskarna hittills har trott, över 200 000 år innan artens afrikanska variant uppstod.

Det ställer till oreda i de gamla teorierna, vilket innebär att det krävs nya förklaringar.

En möjlighet är att Homo erectus uppstod i Afrika betydligt tidigare än vad man hittills har trott, och att arten även utvandrade tidigare.

Ett annat scenario är att stenredskapen tillverkades av en helt annan art i släktet Homo som utvandrade långt före Homo erectus. Det kan ha varit en tidig variant av den apliknande arten Homo habilis, som anses vara Homo erectus förfader.

De äldsta fynd som har tillskrivits en föregångare till Homo habilis är 2,8 miljoner år gamla, så den arten hade haft tillräckligt med tid på sig att ta sig till Kina och tillverka stenredskapen.

I dag tror många forskare att Homo habilis var alltför primitiv för att kunna räknas till människosläktet. De klassar i stället arten som en Australopithecus, det släkte av homininer som gav upphov till släktet Homo. Om Australopithecus tidigt utvandrade från Afrika öppnar det för ett omdiskuterat scenario.

Den tidiga utvandraren kan då ha gett upphov till Homo erectus och därmed hela människosläktet i Asien, varefter Homo erectus vandrade till Afrika, tvärtemot den tidigare föreställningen, enligt vilken Afrika är släktet Homos vagga.

Asien myllrade av arter

Tills för några årtionden sedan trodde forskarna att utvandringen från Afrika skedde i flera vågor av olika arter i släktet Homo, där Homo erectus var först. Därefter följde Homo heidelbergensis, som i Europa utvecklades till neandertalmänniskan.

Slutligen kom den moderna människans, Homo sapiens, utvandring för 60 000 år sedan. För varje utvandringsvåg fördes en ny människoart ut i världen, där den efter en tid trängde undan sina föregångare.

I dag vet vi att historien är betydligt mer komplicerad än så. På senare år har forskarna visat att flera arter förekom runtom i Asien.

Det gäller bland annat denisovamänniskan, som forskarna fick kännedom om först år 2010, då dna-analyser av ett fingerben från Sibirien visade att det tillhörde en dittills okänd art.

Jämförelser av denisovamänniskans, neandertalmänniskans och vårt eget dna visar att denisova­människan skildes från vår utvecklingslinje för cirka 550 000 år sedan och från neandertalmänniskans för cirka 300 000 år sedan. Dna visar dock också att de tre arterna skaffade barn med varandra när de möttes i Europa och Asien.

I Sydostasien fanns det vid samma tidsepok också en fjärde människoart, den cirka meterlånga Homo floresiensis.

Den betraktades först som en direkt ättling till Homo erectus, men vissa forskare tror att den har ännu äldre rötter och kan spåras till Australopithecus.

Detsamma gäller en nyupptäckt art, Homo luzonensis från Filippinerna. Dessutom visade forskare år 2019 att Homo erectus troligen levde i Asien tills för 110 000 år sedan.

Dna och protein tecknar stamträd

De nya kunskaperna om att olika människoarter har blandat sina gener under de senaste 100 000 åren gör det troligt att det även har skett tidigare.

Det påverkar bilden av att varje utvandringsvåg från Afrika spolade bort den föregående vågen från kartan.

Europa och Asien har liksom Afrika bebotts av många människoarter samtidigt.

De levde tillräckligt isolerat från varandra för att utveckla särdrag och kännetecken, men var ändå tillräckligt lika för att kunna skaffa barn tillsammans när de stötte på varandra.

Dna-analyser av nu levande befolkningsgrupper tecknar en betydligt mer detaljerad bild av vår släkthistoria än vad forskarna har kunnat göra genom att jämföra fossil.

Små skillnader i dna kan visa vem vi har blandat oss med samt var och när det skedde. Det innebär att forskarna nu kan teckna vårt stamträd på ett helt nytt sätt.

På det dna-baserade stamträdet är grenarna omväxlande tjockare och smalare och smälter samman för att sedan åtskiljas igen. Yngre fossil, som fortfarande innehåller dna, kan därefter placeras in på stamträdet där deras gener passar bäst.

Äldre fossil kommer i framtiden att placeras in genom kartläggning av proteiner som utvunnits ur ben och tandemalj. Med hjälp av dessa gamla proteiner kan forskarna troligen snart avgöra om de asiatiska Homo erectus härstammar från de afrikanska eller om det är tvärtom.

Homo sapiens tjuvstartade resan

Den nya berättelsen om människosläktets erövring av världen överensstämmer med flera fossil som hittats i Kina och som hittills lurat forskarna.

Redan år 1978 dök kraniet av den så kallade dalimänniskan upp i centrala Kina. Det väckte stor uppmärksamhet eftersom den såg ut som ett mellanting mellan Homo erectus och Homo sapiens.

Senare dateringar visar att det är omkring 260 000 år gammalt. År 2009 beskrev forskare en 110 000 år gammal underkäke från Kina som de artbestämde som Homo sapiens.

De två fynden går på tvärs med uppfattningen att Homo sapiens utvandrade först för 60 000 år sedan.

Många forskare är fortfarande skeptiska till fynden, men hypotesen att Homo sapiens utvandrade från Afrika tidigare än vad man hittills har trott backas upp av en rad nya fynd – bland annat en 180 000 år gammal käke från Israel och ett 210 000 år gammalt kranium från Grekland.

Sammantaget innebär det att grupper av Homo sapiens troligen utvandrade minst 150 000 år tidigare än vad forskarna tidigare har trott.

På sin resa har de träffat och fortplantat sig med flera arter och hybrider mellan arter, en variation som vi nog har svårt att tänka oss i dag då jorden bara har en enda människoart.

Vi konkurrerade ut de andra med vår vänlighet

För 70 000 år sedan var Homo sapiens en utrotningshotad art. Det fanns då bara 20 000 individer. Men vi återhämtade oss och konkurrerade ut en armé av andra människoarter för att slutligen inta planeten. Forskarna kartlägger nu receptet på våra framgångar. Ett milt sinnelag kan ha varit huvudingrediensen.

Långa, korta, tjocka, smala, vita och svarta – ett besök i en simhall kan lätt få det att framstå som om vi är väldigt olika.

Alla nu levande människor är emellertid förbluffande lika jämfört med de stora skillnader som rådde för bara 50 000 år sedan, då världen var befolkad av flera människoarter.

Under huden är det ytterst små skillnader mellan alla nu levande människor. En hastig blick på en röntgenbild räcker för att artbestämma oss alla som Homo sapiens.

Dessa likheter möter forskarna också när de analyserar vårt dna. Hela världens befolkning är bokstavligt talat genetiskt mer lika än två schimpanser i samma skog.

Vi är i dag planetens enda människoart, och än så länge har det inte gått att säga varför. Något måste ha gett Homo sapiens särskilda fördelar. Endast genom att analysera de genetiska skillnaderna mellan oss och forntida människoarter kan molekylärbiologerna ta reda på vad som var utslags­givande för vår framgång och de övriga arternas undergång.

Vår art höll på att dö ut

Det faktum att vi är så lika beror på att vår art har spritt sig snabbt och att världens befolkning en gång var kraftigt reducerad.

Variationen i vårt dna tyder på att Homo sapiens för cirka 70 000 år sedan var nere på under 20 000 individer, vilket innebär att arten var nära att dö ut.

Orsaken kan mycket väl ha varit klimatförändringar. De senaste 15 000 åren har klimatet varit tämligen stabilt, men under de föregående 100 000 åren var det mer varierande.

Istäcket på land rörde sig fram och tillbaka och stora områden var omväxlande frodig skog och öppna slätter eller till och med öken. De varierande förhållandena var en utmaning även för de andra människoarterna.

Vi överlevde medan de övriga dog ut, ett faktum som forskarna nu försöker förklara.

Forskarna har svårt att hitta anatomiska drag som skulle ge oss klara fördelar. Traditionellt har vi gett vår stora hjärna äran för framgångarna, men neandertalarnas hjärna var faktiskt större än vår egen.

Eftersom svaret troligtvis ligger i våra gener letar nu forskarna efter mutationer som gav en stor överlevnadsmässig fördel och därmed spreds snabbt.

Ett exempel är mutationer i de gener som styr mängden röda blodkroppar och som gör det möjligt att överleva i tunn luft.

Tibetaner har en viss variant av genen EPAS1 som inte finns hos något annat folk i världen. Den förekom dock hos denisovamänniskorna, så forskarna tror nu att den utdöda arten förde vidare varianten direkt till tibetanerna.

År 2019 undersökte en grupp tyska forskare ett 160 000 år gammalt ben från Tibet. De kunde inte utvinna något dna ur benet, men en analys av benets proteiner visade att det kom från en denisovamänniska.

Denisovamänniskan anpassade sig med andra ord till förhållandena i Tibet och förde vidare sina mutationer till dagens tibetaner.

Historien visar tydligt potentialen i att koppla dna-analyser av nu levande folk till dna- och proteinundersökningar av fossilfynd.

Vi har tämjt oss själva

Mutationen av EPAS1 slog igenom stort på Tibetanska högplatån, men för att forskarna ska kunna förklara hela vår arts framgång måste de hitta en genetisk förändring som ger fördelar överallt. Språket är en av våra unika egenskaper.

Våra språkliga färdigheter är tätt knutna till genen FOXP2, men neandertalarna hade samma variant av genen som människan, så den gav oss ingen särskild fördel i detta sammanhang.

I stället finns svaret kanske i vår förmåga att leva nära varandra i stora grupper. Den brittiske biologen Richard Wrangham argumenterar för att denna förmåga är unik för Homo sapiens och att den är ett resultat av så kallad självdomesticering.

Det innebär att vi har tämjt oss själva, ungefär som vi senare har tämjt exempelvis vilda vargar vilket resulterat i betydligt lugnare hundar.

Hos vår direkta förfader uppstod mutationer som gav ett mer socialt beteende. Därmed kunde vi leva tillsammans utan att det uppstod konflikter.

Detta beteende var fördelaktigt, vilket gjorde att mutationerna spreds.

Generna som kodar för sociala beteenden fyller också en funktion i andra delar av kroppen, framför allt i kraniet. När vi tämjde vargen och gjorde den mer social gav vi den oavsiktligt en kortare nos.

På samma sätt är vårt platta ansikte en biverkan vid de mutationer som gjorde oss mer sociala.

Social förmåga motverkar inavel

Wranghams teori har mötts av viss skepsis, men år 2019 underbyggdes den vid studier av genen BAZ1B som är kopplad till de förändringar vi ser hos domesticerade djur.

Människor med det som kallas Williams–Beurens syndrom, som uppstår till följd av mutationer i BAZ1B, är mycket vänliga och har närmast alvliknande ansikten. De har med andra ord en extrem variant av de drag som kännetecknar vår art.

Nu har forskarna visat att BAZ1B hos Homo sapiens skiljer sig väsentligt från motsvarande gen hos neandertal- och denisovamänniskan.

Våra mutationer i BAZ1B har gett oss flera fördelar. Bland annat har vårt tillmötesgående sätt troligen gjort det enklare att utbyta gener med andra grupper.

Därmed har vi undkommit inavel, vilket kan ha varit en avgörande faktor.

”Dna-studier har visat exempel på att vissa grupper av neandertalare var extremt inavlade.

Homo sapiens tycks närmast ha haft en strategi mot inavel som mycket väl kan ha kompletterats med goda sociala färdigheter, som gjorde det möjligt att hitta partner utanför den egna flocken”, säger Eske Willerslev vid Köpenhamns universitet.

Han understryker dock att även yttre faktorer kan ha favoriserat vår art. Klimatförändringar som skapade en torrare miljö och fick skogarna att krympa gjorde det nödvändigt att jaga bytesdjur på öppna slätter.

Det var en fördel för vår art, som är väl lämpad för långdistanslöpning.

Det är fortfarande ovisst exakt vilka anpassningar som gav vår art den avgörande fördelen. Men under kommande årtionden lär molekylärbiologernas verktyg ge oss nya kunskaper ur de gamla fossilen som kommer att föra oss närmare ett slutgiltigt svar.