Nowa analiza genomiczna ujawnia, kiedy Polinezyjczycy przybyli na którą wyspę

Rozprzestrzenianie się kultury polinezyjskiej na Pacyfiku było największą migracją w historii ludzkości. Wszystko wskazuje na to, że Polinezyjczycy rozpoczęli działalność na Tajwanie i dotarli do obu Ameryk, osiedlając się po drodze na wyspach od Hawajów po Nową Zelandię. Wiele z tych wysp przez wieki utrzymywało szlaki handlowe, nawet jeśli same wyspy były małe i konsekwentnie trudne do znalezienia na rozległym obszarze Oceanu Spokojnego.

Odtworzenie drogi, którą obrali Polinezyjczycy, okazało się wyzwaniem. Bardzo niewiele pradawnego DNA pozostaje w ciepłym, często wilgotnym środowisku tropików. Artefakty zostały datowane, ale nie jest jasne, jak ściśle wiążą się z przybyciem wyspiarzy i często nie wskazują źródła tych mieszkańców. Podróże postkolonialne zawierają skomplikowane wskazówki genetyczne i językowe, które mogą nam pomóc w uporządkowaniu spraw.

Obecnie duży międzynarodowy zespół naukowców opracował zupełnie nowy sposób analizy genomów współczesnych Polinezyjczyków, oparty na wpływie na genom długiej serii zdarzeń osadniczych. Wyniki dostarczają szczegółowej mapy zasiedlonych wysp w dowolnej kolejności, a także dostarczają szacunkowych dat przybycia do Polinezji.

Kiedy standardowa analiza nie działa

Porównując dowolne dwa genomy, można oszacować, jak blisko są ze sobą spokrewnione. Opiera się to na całkowitej liczbie wspólnych odmian indywidualnych, a także kombinacji wariantów, które często są dziedziczone razem na tym samym chromosomie. Poeksperymentuj z członkami dwóch populacji, a możesz w podobny sposób oszacować, jak długo byli rozdzieleni, dając za każdym razem możliwość wyłapania nowych zmiennych. Mieszanie z innymi populacjami może skomplikować tę analizę, ale można to zidentyfikować i zrekompensować.

Przy tak wielu dostępnych genomach opracowaliśmy bardzo złożone oprogramowanie do przeprowadzania tego typu analiz. Ale to wszystko działa ze względu na sposób, w jaki zachowują się populacje, gdy przemieszczają się w obrębie kontynentów i między nimi.

Jednak ekspansja polinezyjska obala wiele założeń, na których opiera się ten rodzaj analizy. Zamiast mieć tysiące lat, aby populacja wychwyciła nowe mutacje, które je odróżniają, Polinezyjczycy często zasiedlali kilka nowych grup wysp w ciągu stulecia. Większość zmian genetycznych wynika z efektów założycielskich spowodowanych przez stosunkowo małe populacje, które utworzyły nowe osady. Szlaki handlowe często utrzymywały ludność w kontakcie po zasiedleniu nowych wysp, a era kolonialna zapewniła, że ​​większość obecnej populacji miała teraz niewiele DNA spoza Polinezji.

Wszystko to wystarczy, aby zapewnić, że metody zaprojektowane dla reszty ludzkości nie będą tak naprawdę działać, aby zrozumieć ekspansję polinezyjską. Dlatego zespół badawczy odpowiedzialny za nowe prace opracował nowe metody zaprojektowane specjalnie do analizy genomu polinezyjskiego.

Dopasowywanie stylów do rzeczywistości

Niektóre z nowych podejść są dość proste. W tym momencie mamy wystarczająco dużo genomów z innych części świata, aby odcinki nie-polinezyjskiego DNA można było łatwo zidentyfikować i wykluczyć z analizy.

Reszta podejścia polega na myśleniu o tym, co się stanie za każdym razem, gdy nowe wyspy zostaną zasiedlone. Osiedla mają zwykle niewielką grupę – zwykle kilkadziesiąt osób – odgałęziającą się od większej populacji na pierwotnej wyspie. Przypadkowo kilka wariantów genetycznych, które są rzadkie w dużej populacji, byłoby powszechnych wśród osadników. Tymczasem osadnicy mogą nie posiadać niektórych wariantów, które są powszechne wśród dużej populacji.

Istnieją dwa klucze do korzystania z tej metody w celu rozróżnienia procesu rozliczenia na Pacyfiku. Po pierwsze, jeśli mieszkańcy jednej wyspy wysyłają osadników do dwóch różnych miejsc, zmienne, na które mają wpływ te procesy, będą różne w każdym miejscu. Dlatego, podczas gdy jedna osada może stracić warianty A, B i C, druga straci X, Y i Z, tylko w rzadkich przypadkach nakładania się.

Drugim kluczem jest to, że tego typu wydarzenia będą miały miejsce w łańcuchu. Wiele stabilnych wysp będzie wspierać aglomeracje wystarczająco duże, aby wysłać nowych osadników. A kiedy tak się stanie, nowo utworzona populacja odziedziczy wszystkie zmiany w wariantach wybranych przez ich przodków, gdy byli osadnikami, a także ich własny nowy zestaw zmian. Wracając do naszego założenia, załóżmy, że wyspa zasiedlona przez ludzi, którzy stracili A, B i C wysyła własnych osadników. Nowym osadnikom też brakuje A, B i C, ale teraz przez przypadek stracą nową grupę – powiedzmy H, I i J.

Razem pozwoliło to naukowcom zobaczyć, którzy wyspiarze stworzyli osady.

W większości generowało to rodzaje wzorców, których można by się spodziewać. Poszczególne łańcuchy wysp są zawsze zgrupowane razem i mają pochodzenie, które można prześledzić do jednego źródła wysp. Wzory wskazują również, że niektóre grupy wysp działały jako centra ekspansji. Na przykład Rarotonga i Balisir wydają się być źródłem (bezpośrednio lub przez wyspy pośrednie) dla populacji we wschodniej Polinezji.

Duży wyjątek od tego również może się przydać. Wszystkie wyspy Austral w południowej Polinezji Francuskiej były zasiedlone z jednego źródła – z wyjątkiem wyspy Raivavae. Wydaje się, że jego mieszkańcy przybyli z Tuamotu i Mangarewy, wysp położonych znacznie dalej na wschód w Polinezji Francuskiej. Ale to także ludność, która zasiedliła wszystkie wyspy Odkryliśmy DNA rdzennych Amerykanów. Wszystko to wskazuje, że grupa ta prawdopodobnie brała udział w jednych z najdłuższych rejsów Polinezyjczyków.

Kto dostał się gdzie i kiedy?

Naukowcy wykorzystali również swoje dane, aby oszacować, kiedy Polinezyjczycy przybyli na różne wyspy, ale wymagało to zupełnie innej metody. Metoda ta polegała na tym, że chromosomy, które otrzymaliśmy od naszych matek i ojców, wymieniały się w każdym pokoleniu w procesie zwanym rekombinacją. Spowoduje to rozwikłanie rozszerzeń wariantów odziedziczonych po populacjach przodków, przy czym segmenty przodków będą stopniowo (średnio) zmniejszać się w czasie.

Dlatego porównując średnią długość segmentów przodków, można uzyskać oszacowanie przy podziale różnych populacji. Połącz czas z drzewem wygenerowanym przez inną analizę, a w zasadzie masz pełną mapę czasu, w którym każda wyspa wysłała osadników do każdego miejsca docelowego.

Nie jest to dokładne, ponieważ późniejsze kontakty handlowe mogą nieco zmienić widoczną historię rozpadu. Ale chronologia, którą tworzy, jest dobrze zgodna z tą ustaloną przez datowanie znalezisk archeologicznych. A w kulturach, które wyśledziły przodków poszczególnych rodzin, odkąd osiedlili się na swojej wyspie, odpowiada to zwykłemu okresowi między pokoleniami ludzi.

Fakt, że wynik tej metody jest w dużej mierze zgodny z chronologią wypracowaną innymi metodami, niewątpliwie przyczyni się do jej akceptacji – choć zwolennicy alternatywnej chronologii bez wątpienia będą zainteresowani wyłapywaniem w niej dziur. Jednak prezentując tak obszerny obraz, jak ten, badanie jest cenne po prostu po to, by dać ludziom mnóstwo okazji do jego przetestowania. Ponadto praca jest cenna, ponieważ podkreśla brak uniwersalnego algorytmu do zrozumienia ludzkiego pochodzenia i może zachęcić ludzi do myślenia o innych przypadkach, w których pewne okoliczności wymagają bardziej specjalistycznego podejścia.

Natura, 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03902-8 (O DOI).