Neanderthals. Hur många var det? Arkeologer och genetiker ger olika svar. Den nya forskningen skulle hjälpa dem att komma till enighet och kasta ljus över de forntida folks glömda historia. Inklusive ganska tidig utrotning. 1856, tre år innan Charles Darwins On the Origin of Species publicerades, upptäckte en grupp gruvarbetare mänskliga fossil i en kalkstengrotta i Neander Valley i norra Tyskland - senare kallad Neanderthal 1, den första indikationen på en annan arkaisk mänsklig art. Sedan dess har vi försökt förstå så mycket som möjligt om våra mystiska förfäder. För att göra detta samlade experter två huvudlinjer av bevis: hundratals ben och stenverktyg som hittades utspridda från Spanien och England till Altai-bergen, och mycket nya data och slutsatser dragna från statistiska modeller.
Men dessa tillvägagångssätt målade påfallande olika bilder av hur neandertalpopulationer borde ha sett ut. Arkeologiska bevis tyder på att cirka 150 000 individer täckte Europa och Asien, bodde i små grupper på 15-25 individer, och deras totala antal varierade kraftigt med klimatförändringar (inklusive allvarliga istid), som inträffade under ett intervall på en halv miljon år - tills neandertalarnas utrotning för 40 000 år sedan.
Genetisk sekvensering berättar en annan historia. Några av de genbaserade uppskattningarna definierar neandertalpopulationen som bara 1 000; andra anger högst några tusen. Det finns flera hypoteser som kan förklara sådana resultat: antingen var befolkningen verkligen så liten, till och med vid sin topp, eller så var den större, men minskade med tiden. I vilket fall som helst har neandertalarna alltid varit i nedgång. deras försvinnande verkade ha förutses från början.
"Det faktum att dessa två typer av uppskattningar inte stämmer överens är ett problem som ännu inte måste tas upp", säger John Hawkes, en paleoanthropolog vid University of Wisconsin-Madison.
Nu har dock forskare under ledning av Alan Rogers, antropolog och befolkningsgenetik vid University of Utah, föreslagit en ny genetisk modell som kan förena dessa skillnader. Han tror att neandertalarna var mycket mer många än tidigare genetiska studier har visat och tar dem under de uppenbara artefakter och fossiler som stöder detta. Det fyller också i Neanderthals evolutionära historia från den tid de först delade från våra förfäder i Afrika och när de började möta moderna människor. På många sätt har neandertalarna varit mycket mer framgångsrika som en art - och mycket mer som oss - än vi brukade tro.
I motsats till konsensus
Inom populationsgenetik är effektiv befolkningsstorlek inte ett direkt mått på det totala antalet människor som bodde vid en viss tidpunkt. Det är snarare ett mått på genetisk mångfald. Experter skannar DNA från individer genom historien och letar efter DNA-sekvensskillnader mellan två kopior av hans eller hennes genom. I huvudsak uppskattar de hur många syskongenerationer som skiljer moderens kopia av genen från faderskopian. Om befolkningen är liten förväntar de sig att hitta en gemensam förfader tillräckligt snabbt; om det är stort tar det mer tid. "Det är fantastiskt hur mycket information som kan läras från en individ," säger Rogers.
Kampanjvideo:
Forskare har länge märkt att neandertalarna hade låga nivåer av genetisk mångfald. I moderna afrikaner är cirka 11 av varje 10.000 nukleotider heterozygota, det vill säga de skiljer sig mellan två kopior av en kromosom. I icke-afrikaner är det bara 8 av 10 000 som uppvisar detta beteende. Denna siffra sjunker till 2 av 10 000 för neandertalarna och Denisovans, som vetenskapen bara har identifierat under det senaste decenniet. "Teorin om befolkningsgenetik säger att detta måste betyda en liten befolkningsstorlek" hos dessa arkaiska människor, säger Montgomery Slatkin, en biolog vid University of California, Berkeley, som inte var övertygad av Rogers resultat. Detta innebär att befolkningen siktade på ett antal 2000-3000 individer.
"Men om det egentligen bara fanns 1 000 neandertalare i världen", säger Rogers, "är det svårt att tro att de lämnade en så rik fossilrekord."
Ändå är det de genetiska bevisen som Rogers och hans kollegor vänder sig till och hävdar att det fanns fler neandertalare, tiotusentals. Forskarnas arbete publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences förra månaden.
Nyckeln till denna nya konstatering ligger i forskarnas förslag om att neandertalarna hade en mycket mer mångfaldig genpool, men att de delades in i små, isolerade inavlade grupper av genetiskt liknande individer. Sådan fragmentering skulle snedvrida tidigare genetiska fynd: tidigare uppskattningar skulle peka på lokala populationer och deras regionala historia, utan att lämna den stora bilden.
Rogers beslutade att kompensera detta gap genom att anpassa och utvidga den befolkningsblandningsmodell som andra forskare hade använt. I stället för att analysera genomet till en person jämförde han och hans team genetiska varianter som är gemensamma för moderna afrikaner, moderna eurasier, neandertalar och Denisovans. En tidig version av denna modell utvecklades för att utvärdera hur starkt moderna människor och neandertalare korsas. Rogers huvudsakliga innovation var att lägga till Denisovans till denna blandning och avsevärt öka listan över möjliga kombinationer och sammanvävning av populationer. Och det hjälpte honom att svara på frågor som går långt utöver korsavel om befolkningsstorlek och andra frågor.
Ökningen i genetisk mångfald som Rogers och kollegor fann svarar mot en ungefär tiofaldig ökning av effektiv befolkningsstorlek. Det finns inget sätt att veta hur många fler neandertalare som faller ut ur detta antal, men de fossila beräkningarna måste allvarligt revideras.
"Studien ger DNA-bevis för vad vi har sett i arkeologiska poster," säger Joshua Aki, en evolutionär biolog vid Princeton University.
Från Afrika - två gånger
Genom att arbeta med genetiska sekvenser och deras reviderade modell har forskare fått ny insikt i hur neandertalar, Denisovans och moderna människor växte, krymptes, delades och sammanfogades regelbundet genom historien. "Vi vill skapa ett bra släktträd så att vi kan berätta exakta historier om hur de två grupperna är relaterade," säger Stephen Churchill, antropolog vid Duke University. "Men det är uppenbart att det här förhållandet är mycket mer komplicerat."
För cirka 750 000 år sedan, sade Rogers, förgångarna till neandertalarna och Denisovans lämnade förfäderna till moderna människor i Afrika för att flytta in i Eurasias enorma territorium. Detta enbart förstörde dem nästan; genetiska bevis tyder på att befolkningen har genomgått allvarliga försök som forskning inte tidigare har identifierat. Oavsett vad som orsakade denna katastrof, överlevde de forna den och bara några tusen år senare - för 744 000 år sedan - delades de upp i två separata linjer, neandertalar och Denisovans. Den förstnämnda delade sedan upp i mindre regionala grupper som fascinerade Rogers.
Dateringen av denna splittring mellan neandertalarna och Denisovans är överraskande i sig, eftersom tidigare studier uttryckte det senare: i en studie 2016, till exempel, identifierades splittringen som en händelse som hände för 450 000 år sedan. En tidig separering innebär att vi måste hitta ännu fler fossiler från båda grupperna. Du måste också se över de fossiler som redan hittats. Ta till exempel hjärnbenen på en hominid av arten Homo heidelbergensis som levde i Europa och Asien för cirka 600 000 år sedan. Paleoanthropologer kan inte hålla med om hur han förhåller sig till andra grupper av människor; vissa tror att de var förfäder till både moderna människor och neandertalar, andra att de var icke-forntida arter som ersattes av neandertalarna som strömmade över Europa.
Rogers resultat tyder på att H. heidelbergensis måste ha varit en tidig neandertalare. "Vi har ställt in tiden för separation så tidigt att en europeisk hominid för 600 000 år sedan nästan säkert måste vara en neandertalare," säger han, "åtminstone genetiskt, även om det inte såg ut som en neandertal."
Hursomhelst är denna nya rekonstruktion av neandertalarnas komplexa tidiga historia mycket lik den vi lärde oss om befolkningen av anatomiskt moderna människor som först spridit sig till Europa och Asien. För cirka 50 000 år sedan delade eurasierna sig från afrikanerna, genomgick en svår period under vilken deras befolkning var mycket låg och delades sedan upp i regionala befolkningar i hela Eurasien - den så kallade icke-afrikanska teorin om mänsklig migration. "Det ser ut som att samma sak hände för 600 000 eller 700 000 år sedan," med neandertalarna och Denisovans, säger Rogers. "Det fanns en annan icke-afrikansk diaspora som ingen tidigare hade misstänkt."
Inte så illa trots allt
Det är ingen hemlighet att neandertalarna gjorde det dåligt: de istid de gick igenom och fragmenteringen av deras befolkningar lämnade dem oförmögen att upprätthålla en hållbar social eller teknisk tillväxt. "Men en av missuppfattningarna är att vårt sätt att tänka på framsteg är att moderna människor är bättre och neandertalare är värre," säger Hawkes.”När det gällde jakt och förlitar sig på högenergiska matresurser i marginaliserade miljöer var Neandertalarna oöverträffade. De löste problem som vi inte möter idag alls. Hur levde de med en så låg befolkningstäthet i hundratusentals år? Vi har aldrig förstått det."
Innan han började med sin forskning trodde Rogers att neandertalarna var på gränsen till utrotning när moderna människor kom in i deras territorium, att deras populationer redan var uttömda och fyllde med genetiska sjukdomar. Han tror inte det längre.
Att förstå den verkliga strukturen i neandertalpopulationen kan hjälpa forskare att fördjupa djupare i dynamiken hos dessa forntida människor och deras interaktion med oss. Till exempel undrar jag om det fanns några särligheter när man korsade människor och neandertalare. Inkluderade vi en lika stor mängd Neandertal-moder och fäder-DNA, eller fanns det en förskjutning?
Rogers arbete och relaterad forskning från andra grupper kan också vara en kraftfull höjdpunkt för modern genetik. Deras analytiska modell kan tillämpas på hundar och hästar - verkligen på alla arter som uppvisar strukturerad reproduktion i deras populationer snarare än ett slumpmässigt genflöde. Neandertalgener kan ha varit kopplade till en ökad risk för depression, diabetes, hjärtsjukdomar och andra störningar, och detta återstår att se.
Ilya Khel