Mezinárodní tým genetiků vedený Chaj-pchengem Lim z Šanghajského institutu výživy a zdraví Čínské akademie věd analyzoval dědičnou informaci 3 154 současných lidí a získaná data pak „prohnal“ nově vyvinutým algoritmem FitCoal. Ten umožňuje „cestovat v čase“. Ukazuje, co se muselo odehrát s genomy našich dávnějších předků, aby dnes dědičná informace lidí vypadala tak, jak jsme toho svědky.
Výkyvy v četnosti a skladbě lidské populace, dokonce i ty, které se odehrály v dávné minulosti, po sobě zanechávají stopy, které lze identifikovat v dědičné informaci moderních lidí. Vědci použili FitCoal na deset afrických a čtyřicet neafrických populací.
FitCoal sledoval ve zkoumaných populacích dlouhou řadu mutací a hodnotil pravděpodobnost jejich výskytu zpětně v čase. S pomocí takto získaných údajů mohli vědci odhadnout velikost populací, které existovaly v různých obdobích evoluční historie lidstva.
Jak vyplývá z výsledků zveřejněných ve vědeckém časopise Science, před 813 000 až 930 000 lety došlo k drastické redukci populace pravěkých lidí. Mnoho tehdy nechybělo a lidé vyhynuli. Na hraně zániku naši předci balancovali více než sto tisíc let. Právě z lidí, kteří přežili, se měl podle autorů studie později vyvinout náš vlastní druh Homo sapiens.
Podle studie Liova týmu zbylo z celé tehdejší populace jen 1,3 %. Počet lidí, kteří tehdy plodili potomky, se odhaduje na 1280. Celá lidská populace ale byla o poznání větší, protože zdaleka ne všichni se v lidské populaci na plození potomků podílejí. Vědci označují výrazné poklesy počtu jedinců v populaci jako „bottleneck“ čili „hrdlo láhve".
„Naše zjištění naznačují, že se prapůvodní lidská populace ocitla blízko vyhynutí a že takto vzniklý genetický bottleneck dramaticky změnil lidskou genetickou rozmanitost,“ napsali autoři studie publikované v Science.
„Odhadovaná velikost populace našich předků je nepatrná a bottleneck trval pozoruhodně dlouho, tedy pokud bylo modelování opravdu přesné," komentuje studii paleoantropolog Chris Stringer z Přírodovědného muzea v Londýně. „Pokud by k tomuto bottlenecku skutečně došlo, určitě by to naše předky přivedlo velmi blízko k vyhynutí."
Kritika teorie
Chaj-pcheng Li a jeho spolupracovníci se domnívají, že genetický bottleneck vedl ke zvýšené míře plození potomků blízce příbuznými jedinci, což mělo za následek ztrátu genetické rozmanitosti. Takto získaná genetická homogenita je u člověka Homo sapiens patrná dodnes.
Autoři studie ze Science jsou přesvědčeni, že průchod genetickým bottleneckem mohl významně přispět ke vzniku nového druhu člověka, který byl posledním společným předkem tří druhů člověka. Tento předek žil v pozdním pleistocénu a měl ve srovnání se staršími druhy člověka, jako byl třeba Homo erectus, podstatně větší mozek. Do trojice jeho pozdějších „pokračovatelů“ patřili neandrtálci, denisované a Homo sapiens.
Populační genetik Aaron Ragsdale z Wisconsinské univerzity v americkém Madisonu upozorňuje, že studie Liova týmu se zabývá vývojem člověka v období, z něhož jsou genetické i fosilní údaje poměrně vzácné a k dispozici je z něj jen málo informací. Je to jakési „bílé místo na mapě“ lidské evoluce. Ragsdale si však nemyslí, že situace byla tak hrozivá.
„Vyvozovat z těchto výsledků závěr, že se lidské populace ocitly na pokraji vyhynutí, je trochu přitažené za vlasy," říká Ragsdale. „Skutečné velikosti populací jsou často mnohem větší než počty jedinců, kteří plodili potomstvo a jejichž počty generuje modelování pomocí FitCoal. Představa o malé populaci udržující se po mnoho generací může být zkreslena a nelze vyloučit, že ve skutečnosti došlo ke snížení četnosti populace na mnohem kratší dobu.“
Autoři studie ale nedostatek fosilních a jiných důkazů o vývoji lidstva před 900 000 roků připisují právě razantní redukci počtu žijících lidí. Když bylo lidí málo, zbylo po nich i málo ostatků, které se nedaří nalézt.
Klimatickou změnu zvládli ohněm?
Co mohlo způsobit tak dramatický pokles četnosti lidské populace? O tom mohou vědci jen spekulovat. Ve stejné době došlo k razantní změně klimatu na Zemi. Přišlo prudké ochlazení na celé planetě Zemi. Zhruba před 900 000 lety je patrný nárůst pevninských ledovců a také moře se citelně ochladila.
Prodlužovala se období sucha a po nich pak přicházely silnější monzunové deště. V Africe, Evropě a Asii došlo k výrazným evolučním změnám u mnoha živočišných druhů.
Změny klimatu a životního prostředí přispívají k významným změnám také ve vývoji člověka. Podle mnohých vědců ale toto dramatické období nevyvolalo globální populační redukci u druhů člověka, které nepatřily mezi naše přímé předky. Jinak řečeno, klimatická změna nepřispěla k tomu, aby se předek Homo sapiens evolučně vyšvihl nad své nejbližší konkurenty.
Archeolog Nick Ashton z Britského muzea upozorňuje, že z období předpokládaného genetického bottlenecku je známá celá řada důkazů o životě lidí v Africe a Eurasii. To podle něj naznačuje, že populační krach postihl pouze omezenou skupinu, která zřejmě žila v Africe a z které se později vyvinul předek moderních lidí Homo sapiens.
„Bylo by bezesporu přínosné objevit příčiny onoho genetického bottlenecku, ať už by to bylo sucho, sopečná činnost nebo jiné vlivy životního prostředí," říká Nick Ashton.
K nejpřekvapivějším závěrům nové studie patří bezesporu zjištění, že naši předkové dokázali přežít v malém počtu po extrémně dlouhou dobu zhruba 120 000 let. Li a spol. jsou přesvědčeni, že naše předky z této klimatické pasti nevysvobodila nová změna klimatu, ale technologický pokrok.
Ten mohl spočívat v ovládnutí ohně, ve výrobě lepších oděvů atd. To otevřelo do té doby ohrožené skupině lidí cestu k prosperitě. Ze studie vyplývá, že zhruba před 813 000 lety se počet předků všech deseti zkoumaných afrických populací zvýšil na dvacetinásobek.
Podaří se teorii ověřit?
K ověření studie významně přispívá, že její autoři zpřístupnili FitCoal ostatním vědcům. Ti využijí počítačový model k dalším výzkumům a tím ho i prověří. Předpokládá se, že vědci zkusí prostřednictvím FitCoalu nakouknout do evoluční historie neandrtálců a denisovanů.
Velké diskuse se rozvířily kolem tvrzení autorů studie, že dlouhé období přežívání malého počtu pravěkých lidí mohlo vést k vývoji zcela nového druhu člověka. Li a spol. v něm vidí posledního společného předka moderních lidí a našich blízkých příbuzných neandrtálců a denisovanů.
„Existují však i další možné interpretace,“ namítá Nick Ashton.
Dřívější studie morfologických změn, jako je tvar lebky a zubů, naznačují, že k rozdělení na vývojové větve Homo sapiens, neandrtálců a denisovanů mohlo dojít už v době, která předcházela genetickému bottlenecku. To by znamenalo, že redukce velikosti populace postihlo jen předky Homo sapiens, zatímco neandrtálce a denisovany nijak zvlášť nepoznamenalo.
Bude asi velmi obtížné a na úrovni současné vědy takřka nemožné podložit teorii o genetickém bottlenecku z doby před 900 000 roků analýzami DNA izolované z fosilií. Nejstarší dosud získaná DNA předků člověka je stará pouze 430 000 let. Navíc v Africe, kde genetický bottleneck u našich předků nejspíš proběhl, klima uchovávání pravěké DNA vůbec nepřeje.
A podložení teorie jiným typem důkazů, např. přesnějším datováním nálezů, novými objevy ostatků, nálezy kamenných nástrojů nebo důkazy o dávné činnosti člověka, jako jsou třeba stopy po ořezávání masa z kostí úlovku, bude vyžadovat obrovské množství práce.
Nedávné omyly o vymírání lidstva
Není jisté, že teorie o genetickém hrdle láhve z doby před 900 000 roky přežije. V nedávné minulosti jsme byli svědky vzestupů a pádů hned několika podobných teorií, jejichž autoři předkládali důkazy o tom, že se lidstvo ocitlo na pokraji vymření.
Jedna studie z roku 2015 například dokazovala, že před 5000 až 7000 lety většina mužské populace v Asii, Evropě a Africe vymřela a na každých 17 žen připadl pouze jeden muž. Vědci to vysvětlovali různě. Někteří tvrdili, že k úbytku mužů došlo v důsledku ekologických nebo klimatických změn, které těžce dopadly na mužské potomstvo. Jiné teorie objasňovaly „zkázu mužů“ tím, že někteří muži získali ve společnosti velkou moc a plodili tak mnohem více dětí.
Další studie připsala údajný mužský genetický bottleneck střetům mezi různými klany, z nichž ty poražené z genetického hlediska zanikly, když se ženy z poražených klanů zapojily do klanu vítězů. Děti plodili vítězové. Mužská populace v důsledku toho nebyla výrazně menší, ale byla geneticky méně pestrá.
Podobně padla i teorie, podle které se ocitlo lidstvo na pokraji vymření po katastrofální erupci sopky Toba na Sumatře. Ta vyvolala razantní změnu klimatu před 74 000 roků. Nálezy z Indie, která byla následkům výbuchu Toby takříkajíc „na ráně“, ale prokázaly, že tu lidé přečkali přírodní pohromu bez zjevné újmy a vymírání se tu nekonalo.
V obou případech šlo o události podstatně čerstvější, než je údajný genetický bottleneck z doby před 900 000 roků. Stopy po těchto vymíráních by proto měly být jasněji čitelné. Přesto se na nich založené teorie nakonec nepotvrdily.
