Oprindelsen af HOMO SAPIENS (MOLEKYLÆR ANTROPOLOGI) 1
MONOGENESE MENNESKEHEDENS ENHED 2
3
ACCGTAAAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTTTAAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCAAAATGGGCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGT GTGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAG AGATTTTTTAAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCAAAATGGGCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACA CAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGATAG GATACACAGATAGCAGTAGATGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTTT AAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCAAAATGGGCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACACAGTGTTG FACCAAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAG GATACACAGATAGCAGTAGACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGTAAA CACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGATGFACCAAAGTACAGATA GGATACACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTTTAAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCA AAATGGGCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAATGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGC AGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTTTAAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCAAAATGGGCCGTGGA AACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGAGTAAACACACACACACACAC ACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGATA GGATACACAGATAGCAGTAGATGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTT TAAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCAAAATGGGCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACACAGTGTT GFACCAAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATA GGATACACAGATAGCAGTAGACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGTAA ACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGAT A - T - C - G AGGATACACAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGATGF ACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTTTAAACGGGCCATAGCACACACACA GTCAGATAGAGATCAAAATGGGCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAGTAAACACACACACACAC ACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGA TAGGATACACAGATAGCAGTAGATGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTT TTTAAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCAAAATGGGCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACACAGTG TTGFACCAAGGGAAAAAACCCGAAAAAACGTAAAATTAAAGCCCAATAGGGAAAAAACCGGGCCCCCAAAGACAAAAATTTGACACACAGGGGAAAAACCAGATGA CAGATGACAGAGATAGACAGATAGACAGATAGACGGGCCTGTGTGTGTGACACAGATAGCAGTCGTAGCAGTCGACGCTTAGGACAACACAGTGCAGTCAAAACG TAGACAAATTGCTTTGACAGATTTGCAAAAAGGGTCAGATGATCCCGTGTCAAATGGGTTTTCCGTGCGTCAAACGTACGTCAATGACAGTACCATGACAGAACTAC ACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTTTAAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCAAAATGG GCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTA CAGATAGGATACACAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGATAGGATACACAGATAGCAGTA GATGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTTTAAACGGGCCATAGCACAC ACACAGTCAGATAGAGATCAAAATGGGCCGTGGAAACCCGGGTTAAAAAAGTGCGTGTGTAAACACACACACACACACACAGCCCTGTGTCCAAACGACGTGAAA CGTAACGCGTTTAGAAAACGTAAAAATATATATAGCGGTATAGCAAATTGCATAGCCCAGTAGCATAGATCAGGGCCATGACGATCCATTTTGACAGTAGACAGATA GCAGTACAGATAGGGCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGAGTAAACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGTA AACACACACACACACACACAGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGATGFACCAAAGTACAGA TAGGATAAAAAAAATGCGTGTGTTGFACCAAAGTACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGACAGATAGGATACACAGATAGCAGTAGATGFACCAAAGTACAGATA GGATACACAGATAGCAGTAGACAGTAGATTTAGACAAAGTTTGCAGTTTGACCCAGATAGAGATTTTTTAAACGGGCCATAGCACACACACAGTCAGATAGAGATCA AAATGGCACACACACGGTTTATACGATGGTGATAAACGTAGACATAGACAGATTTTGAGGCCGGGGGCAGATGCGTGACCCATTCGGGCAGATTTCAAGGGGACG 4
5
MOLEKYLÆRT UR 6
STOR FORSKEL LILLE FORSKEL TID 7
8
Neutral (no effect) (markers) Normal variation MUTATION Mild negative effect: negative selection Serious negative effect: negative selection Beneficial effect: positive selection 9
GENETISK VARIATION HOMO SAPIENS SNP s (90% af den genetiske variation; 2/3 er C T). For at en variation er en SNP skal den forekomme i mindst 1% af populationen. -GAATTAGCCTTATCAGGTGGTCCACTGGTTCCCATTAAAACTGC- -GAATTAGCCTTATCAGGTGGTCCGCTGGTTCCCATTAAAACTGC- VNTR s (satellit-dna eller repeteret DNA): -CACACACACA- SNP s er sjældne (unikke) begivenheder med dybe genealogiske rødder, mens VNTR s (STR) har meget høj mutationsrate. 10
11
GENETISK VARIATION markører Y-DNA og mtdna 12
Nucleus Mitokondrion 13
MITOKONDRIE-DNA 14
15
Oprindelsen af MITOKONDRIE-DNA FOSSILER ARKÆOLOGI UNDERSØGELSE AF ARVEMASSEN 16
COALESCENS TEORI COALESCENS TEORI STUDERER DEN MODERNE GENPULJE OG ESTIMERER HERUDFRA PÅ HVILKET TIDSPUNKT I FORTIDEN TO ELLER FLERE HAPLOTYPER DELTE EN FÆLLES FORFAR (LCA) COALESCENSTIDEN = 2N e N e = π/4μ, hvor μ er mutationsraten og π er den gennemsnitlige parvise bp diversitet i DNA N e er ca. 10.000 individer 17
COALESCENS TEORI 18
19
COHEN MODAL HAPLOTYPE = CMH 20
LEMBA Gruppe af Bantu-talende mennesker, opfatter sig som jøder, selv om mange er kristne. Ca. 70.000 i alt Strikt paternel linje, kvinder gifter sig ind i gruppen Sydlige Afrika: Zimbabwe og østlige Sydafrika Udvandrede fra Judæa for 2500 år siden og kom til det sydlige Afrika via Yemen 10% af Lemba har CMH, hos Bubaklanen, der ledte udvandringen fra Judæa, er hyppigheden ca. 50% 21
22
OPRINDELSEN AF HOMO SAPIENS 1. OPRINDELSE OG MODNING: DEN EVOLUTIONÆRE PROCES MOD HOMO SAPIENS (200K 60K) 2. EKSPANSION OG KOLONISERING (60K ) 23
PRIMARY ADAPTATION: BIPEDALISM 6-7 mya (Ape men) SECONDARY ADAPTION: ENCEPHALIZATION 2,5 mya (Early Homo) TERTIARY ADAPTATION: MODERN BODY FORM AND AFRICAN EXODUS 1,8 mya (Hominization) 24
25
PRIMARY ADAPTATION: BIPEDALISM 6-7 mya (Ape men) SECONDARY ADAPTION: ENCEPHALIZATION 2,5 mya (Early Homo) TERTIARY ADAPTATION: MODERN BODY FORM AND AFRICAN EXODUS 1,8 mya (Hominization) QUARTENARY ADAPTATION: SYMBOLIC BEHAVIOUR () 0,1 mya 26
VERDEN FOR 200.000 ÅR SIDEN 27
ÆLDSTE MODERNE ELLER NÆR-MODERNE FOSSILER 28
OMO-KIBISH II 195K 29
Omo valley, Ethiopia O Porto, Portugal OLDEST MODERN BEHAVIOR 30
Cann et al. 1987 31
Genetisk evidens for Variation is qualitatively large, but quantitatively small, and, in particular, interpopulation differences are small: Origin of is recent 32
Most genetic variation is shared by populations (based on > 7.500 SNP s) 33
GENETISK AFSTAND F ST er et mål for den genetiske afstand mellem populationer F ST varierer mellem 0 og 1 F ST er 0,1-0,15 for mennesket (for subpopulationer af henh. gorillaer 0,38 og chimpanser 0,32) F ST = (P A P B )2/2P(1-P), hvor A og B er to populationer 34
Genetisk variation blandt store pattedyr Andelen af den genetiske variation, der findes mellem populationer 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Bøffel, ØA Hs, globalt Gnu, Kenya Præriehund, SVU Elefant, ØSA Gazelle, Kenya Ulv, NA Ulv, EA Ulv, NH 0,0 Dyreart ØA = Østafrika Hs = SVU = sydvestlige USA ØSA = Øst- og Sydafrika NA = Nordamerika EA = Eurasien NH = nordlige hemisfære 35
DIVERSITET HOMO SAPIENS CHIMPANSER 36
Genetisk evidens for Variation is qualitatively large, but quantitatively small, and, in particular, interpopulation differences are small: Origin of is recent African DNA shows the greatest variation: Africans are the most ancient population 37
38
39
Genetisk evidens for Variation is qualitatively large, but quantitatively small, and, in particular, interpopulation differences are small: Origin of is recent African DNA shows the greatest variation: Africans are the most ancient population Variation in non-african DNA is a subfraction og African variation Non-Africans are a subfraction of the African population 40
GENETISK VARIATION For 75.000 år siden For 60.000 år siden For 35.000 år siden 41
SERIEL DILUTION MODEL 40 HAPLOTYPEVARIATION (SNP's) 30 20 10 AFRIKA NÆRE ORIENT VESTLIGE EURASIEN FJERNØSTEN AMERIKA 0 0 1 2 3 4 ANTAL MIGRATIONSTRIN 42
SERIEL DILUTION 43
Genetisk evidens for Variation is qualitatively large, but quantitatively small, and, in particular, interpopulation differences are small: Origin of is recent African DNA shows the greatest variation: Africans are the most ancient population Variation in non-african DNA is a subfraction og African variation Non-Africans are a subfraction of the African population The molecular phylogeni shows a split in two main branches: Genetic age: An African and a non-african 150.000 200.000 years 44
45
(GENOMICS 2010) 46
OPRINDELSEN AF HOMO SAPIENS 2. EKSPANSION OG KOLONISERING (60K ) 47
48
49
50
51
A European and a New Guinean meet after 50.000 years 52
JO KLOGERE VI BLIVER PÅ GENOMET, JO VANSKELIGERE BLIVER DET AT BESVARE SPØRGSMÅLET 1,24 % EN TREDJEDEL AF GENOMET ER AF VIRAL OPRINDELSE GRÆNSEN TIL CHIMPANSEN ER PAPIRTYND NEANDERTALEREN I OS DENISOVA I OS 53
CRO-MAGNON? NEANDERTAL 54
55
56
57
NEANDERTALERE >< HOMO SAPIENS mtdna: INGEN OPBLANDING KERNE-DNA: EN LILLE, MEN SIGNIFIKANT OPBLANDING AF IKKE-AFRIKANERE, MEN IKKE AF AFRIKANERE OPBLANDING ~ 2 %; KAN FORKLARES VED RELATIV FÅ BEGIVENHEDER MÅ VÆRE SKET FØR DIVERSIFICERINGEN I EUROPÆISKE, ASIATISKE OG OCEANISKE POPUALTIONER: 60.000 ELLER 80.000 ÅR SIDEN ELLER ALTERNATIVT, VÆRE MEGET GAMMEL (FRA DEN FÆLLES FORFAR) 58
DENISOVA 59
MITOKONDRIE-DNA 60
UDBREDELSEN AF DENISOVA-DNA Ingen har så høj % som N.G. 61
15.000 40.000 100.000 40.000? 5.000 200.000 60.000 1.000? 14.000 100.000 45.000 750 14.000 62
VERDEN FOR 200.000 ÅR SIDEN 63
64
PARVISE SEKVENSFORSKELLE HOMO SAPIENS CHIMPANSER 65
66
67
68
69
HOMO SAPIENS OPSTÅR I ØSTAFRIKA (CA. 200.OOO ÅR FØR NU) Eritrea 1M erectus Atapuerca 500K Før-neandertal Europa 60K neandertal Etiopien 160K sapiens moderne 70
71
GENETIC DISTANCE - JEWS 72
73
74
COHEN MODAL HAPLOTYPE = CMH 75
76
77
ÅR $ PR. MBP DAGE PR. GBP 1977 n.d. n.d. Sanger metode 1990 10 7 n.d. HGP starter 1995 10 6 n.d. Forbedring af Sanger metoden 1998 5 x 10 5 n.d. 2003 10 5 260 HGP slut 2005 60 3,1 Roche 454 NGS 2006 2 2,3 Illumina Solexa NGS 2007 2 1,6 AB SOLID System NGS 2011/12? 30 cent timer NNGS (GENOMSTØRRELSE: 3,2 GBP) 78
79
80
81
GENETISK VARIATION markører Y-DNA og mtdna Y-DNA og mtdna er store, ikke rekombinerende DNA-sekvenser, der er uniparentalt nedarvede. De fungerer i praksis hver som et genetisk locus. Da der ikke finder rekombination sted er rekonstruktionen af genealogi relativ nem og relativ præcis. 82
83
MONOGENESIS (out-of Africa) POLYGENESIS (multiregional) 84
85
GENETISK VARIATION HOS HOMO SAPIENS 86
87
88
89
GENETIC DISTANCE 90
(GENOMICS 2010) 91
OMO-KIBISH II 195K 92
93
9-BASE PAIR DELETION 94
GENETISK >< GEOGRAFISK AFSTAND 95
96
VARIATION WITHIN AND BETWEEN CONTINENTS (DIFFERENT GENETIC SYSTEMS) STRP s RSP s ALU s L1s Between individuals within continents 90 % 87 % 86 % 88 % Among continents 10 % 13 % 14 % 12 % 97
98
HAPLOTYPER D7S507: 145/151 D7S507: 147/155 D7S471: 189/180 D7S471: 187/189 D7S513: 180/200 D7S513: 181/181 D7S493: 213/220 D7S493: 213/211 D7S531: 249/251 D7S531: 249/245 D7S507: 151/147 D7S471: 180/187 D7S513: 200/181 D7S493: 220/213 D7S531: 251/249 99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
UDBREDELSE AF Y-HAPLOGRUPPERNE A, B OG E3a 109
110
111
112
113
114
115
DIVERSITET HOMO SAPIENS CHIMPANSER 116
Cellekerne Mitokondrion 117
The differences we see today between humans have originated within the last 50.000 years and are mainly a consequence of human migrations followed by adaptation to new environments. For most of the evolutionary history humans have lived in small isolated groups that is a main reason for the genetic, linguistic and cultural differences between populations 118
Neolithic expansion of agriculture 119
R1b1b2 haplotype frequency distribution 120
Microsatellite variation around the R1b1b2 haplotype 121
Oprindelsen af MITOKONDRIE-DNA FOSSILER ARKÆOLOGI UNDERSØGELSE AF ARVEMASSEN 122
123
LASCAUX 124
125
126
127
PRIMÆRE TILPASNING: BIPEDALISME 6-7 mya? SEKUNDÆRE TILPASNING: ENCEFALISATION 2,5 mya TERTIÆRE TILPASNING: SYMBOLSK ADFÆRD 0,1 mya 128
M168 M145 M130 (C) M89 (F) M8 M217 M38 M347 M356 M9 DYS 390.1 del M210 A B DE C1 C3 C2 C4a C4b C5 F K AFRIKA ØSTASIEN NG AUSTRALIEN IN EU+AS+OC NG: Ny Guinea IN: Indien EU+AS+OC: Europa, Asien og Oceanien 129
OPRINDELSEN AF HOMO SAPIENS 130
GENETISK VARIATION HOMO SAPIENS SNP s (90% af den genetiske variation; 2/3 er C T). For at en variation er en SNP skal den forekomme i mindst 1% af populationen. VNTR s (satellit-dna) INDELS og CNV s Y-DNA og mtdna er store, ikke rekombinerende DNA-sekvenser, der er uniparentalt nedarvede. De fungerer i praksis hver som et genetisk locus. Da der ikke finder rekombination sted er rekonstruktionen af genealogi relativ nem og relativ præcis. 131
132
MØNSTRE I MENNESKETS GENETISKE VARIATION Langt hovedparten af menneskets genetiske variation er klinal Kun en mindre del kan forklares ved clustering Der er ingen diskontinuitet i den genetiske variation Mønsteret i den genetiske variation viser klart, at moderne mennesker har en nylig afrikansk oprindelse, og at der var kontinuerlig gen flow over begrænsede afstande i løbet af koloniseringsprocessen 133
134
135
GENETIC VARIATION For 75.000 år siden For 60.000 år siden For 35.000 år siden 136
137
138
139
140
141
142
HVAD ER NEANDERTALERENS ARV? DET UNIKT MENNESKELIGE 143
GENETIC DISTANCE - JEWS 144
M168 M145 M130 (C) M89 (F) M8 M217 M38 M347 M356 M9 DYS 390.1 del M210 A B DE C1 C3 C2 C4a C4b C5 F K AFRIKA ØSTASIEN NG AUSTRALIEN IN EU+AS+OC NG: Ny Guinea IN: Indien EU+AS+OC: Europa, Asien og Oceanien 145
Y-HAPLOGROUP E 146
Y-HAPLOGROUP E 147
CLUSTERS OF E-M78 E AFRICA 9,6K BALKA NS 7,8K ALL REGIONS 14,7K NW AFRICA 5,2K 148
149
150
151
152
153
!KUNG SAN 154
INDVANDRINGEN TIL EUROPA I ØVRE PALÆOLITIKUM Arkæologisk evidens 155
156
Omo 195K Irhoud 150K? Herto 160K Skhul 100K+ KRM 100K 157
OPRINDELSEN AF HOMO SAPIENS 158
Oprindelsen af FOSSILER ARKÆOLOGI UNDERSØGELSE AF ARVEMASSEN 159
PATTERNS OF HUMAN GENETIC VARIATION 160
SERIEL DILUTION MODEL 40 HAPLOTYPEVARIATION (SNP's) 30 20 10 AFRIKA NÆRE ORIENT VESTLIGE EURASIEN FJERNØSTEN AMERIKA 0 0 1 2 3 4 ANTAL MIGRATIONSTRIN 161
SERIEL DILUTION 162
WHERE DO I COME FROM? 163
HOMO SAPIENS OPSTÅR I ØSTAFRIKA (CA. 200.OOO ÅR FØR NU) Eritrea 1M erectus Atapuerca 300K Før-neandertal Europa 60K neandertal Etiopien 160K sapiens moderne 164
THEORIES ON ORIGIN OF (RACES OF) HOMO SAPIENS EARLY: HUMAN RACES WERE DISTINCT SPECIES WITH INDEPENDENT ORIGIN (POLYGENISM) MULTIREGIONAL ORIGIN RECENT OUT OF AFRICA 165
HOMO SAPIENS: AFRICAN MONOGENESIS 166
100.000 200.000 60.000 100.000 45.000 5.000 (10.000) PEOPLE? 167
40.000 100.000 40.000? 200.000 60.000 100.000 45.000 168
15.000 40.000 100.000 40.000? 200.000 60.000? 14.000 100.000 45.000 14.000 169
15.000 40.000 100.000 40.000? 200.000 5.000 60.000 2.200? 14.000 3.200 100.000 45.000 800 14.000 170
171
HASTIGHEDEN AF DET MOLEKYLÆRE UR 172
GENETISK >< GEOGRAFISK AFSTAND 173