Онова, което искам да ви разкажа е какво можем да научим от изучаването на геномите на хората, които живеят днес и изчезналите древни хора. Но преди това искам набързо да ви напомня онова, което вече знаете: нашите геноми, нашия генетичен материал се съхранява в почти всички клетки на телата ни като хромозоми под формата на ДНК. Tова е ето тази прословута двойно спираловидна молекула. Генетичната информация се съдържа под формата на последователност от четири последователни бази, чиито съкращения са буквите А, Т, Ц и Г. Информацията се съдържа на две места -- по веднъж на всяка нишка -- и това е от голямо значение, тъй като при формирането на нови клетки, тези нишки се разпадат и новите се обединяват със старите като по шаблон, в един почти съвършен процес.
What I want to talk to you about is what we can learn from studying the genomes of living people and extinct humans. But before doing that, I just briefly want to remind you about what you already know: that our genomes, our genetic material, are stored in almost all cells in our bodies in chromosomes in the form of DNA, which is this famous double-helical molecule. And the genetic information is contained in the form of a sequence of four bases abbreviated with the letters A, T, C and G. And the information is there twice -- one on each strand -- which is important, because when new cells are formed, these strands come apart, new strands are synthesized with the old ones as templates in an almost perfect process.
Но, разбира се, в природата нищо не е напълно съвършено. Така че понякога се случват отклонения и се вгражда погрешна буква. Можем да видим резултата от такива мутации, ако направим сравнение между ДНК последователностите между нас в тази стая например. Ако сравним моя и вашия геном, приблизително всеки 1200 или 1300 букви ще се различават. Тези мутации се натрупват с времето и зависят от него. Ако сравним генома на шимпанзе ще намерим още различия. Приблизително една на сто букви ще се различават.
But nothing, of course, in nature is totally perfect, so sometimes an error is made and a wrong letter is built in. And we can then see the result of such mutations when we compare DNA sequences among us here in the room, for example. If we compare my genome to the genome of you, approximately every 1,200, 1,300 letters will differ between us. And these mutations accumulate approximately as a function of time. So if we add in a chimpanzee here, we will see more differences. Approximately one letter in a hundred will differ from a chimpanzee.
Ако проявявате интерес към историята на определена част от ДНК-то, или на целия геном, можете да възстановите историята на ДНК-то с помощта на тези разлики, които забележите. Обикновено изобразяваме представата ни за тази история под формата на ето такива разклонения. При това разклонение е много лесно да се ориентирате. Двете човешки ДНК последователности водят до общ неотдавнашен предшественик. По-надалеч във времето е онази редица, която е обща с шимпанзетата. И понеже тези мутации зависят от изминалото време, можете да пресметнете различията до приблизително определено време, където двамата човека ще имат общ предшественик преди около половин милион години, а при шимпанзетата -- преди пет милиона години.
And if you're then interested in the history of a piece of DNA, or the whole genome, you can reconstruct the history of the DNA with those differences you observe. And generally we depict our ideas about this history in the form of trees like this. In this case, it's very simple. The two human DNA sequences go back to a common ancestor quite recently. Farther back is there one shared with chimpanzees. And because these mutations happen approximately as a function of time, you can transform these differences to estimates of time, where the two humans, typically, will share a common ancestor about half a million years ago, and with the chimpanzees, it will be in the order of five million years ago.
Онова, което се случи през последните няколко години е, че с развитието на технологиите можем да видим доста бързо много, много ДНК части. Така че за броени часове можем да определим цял човешки геном. Всеки от нас, разбира се, носи в себе си два човешки генома -- един от майките и един от бащите ни. А те са дълги около три милиарда букви. Ще открием, че моите два генома, или който и да било от тях двата, имат около три милиона различия един с друг. Можем също да се опитаме да обясним как всички тези генетични различия са се разпространили по света. Като го направим ще открием, че в Африка има определен брой генетични изменения. А ако погледнем извън Африка, на практика ще открием по-малко отклонения. Това, разбира се, е изненадващо защото хората, които живеят в Африка са между шест и осем пъти по-малко от онези, които живеят извън Африка. И въпреки това, хората, които живеят в Африка имат повече генетични изменения.
So what has now happened in the last few years is that there are account technologies around that allow you to see many, many pieces of DNA very quickly. So we can now, in a matter of hours, determine a whole human genome. Each of us, of course, contains two human genomes -- one from our mothers and one from our fathers. And they are around three billion such letters long. And we will find that the two genomes in me, or one genome of mine we want to use, will have about three million differences in the order of that. And what you can then also begin to do is to say, "How are these genetic differences distributed across the world?" And if you do that, you find a certain amount of genetic variation in Africa. And if you look outside Africa, you actually find less genetic variation. This is surprising, of course, because in the order of six to eight times fewer people live in Africa than outside Africa. Yet the people inside Africa have more genetic variation.
Освен това, почти всички изменения, които наблюдаваме извън Африка имат много близки ДНК последователности, с онези, които забелязваме в Африка. Но в Африка съществува определен компонент от генетичните изменения, който не наподобява съществено друг елемент извън този континент. Моделът, с който можем да обясним всичко това е, че някаква част от африканските изменения, но не всички, са преминали в останалата част на света и са останали там. Заедно с технологията за отнасяне към определено време на тези генетични различия, това доведе до прозрението, че съвременните хора -- човеци, които по същество са неразличими от мен и вас -- са се развили и еволюирали в Африка сравнително скоро, преди между 100 000 и 200 000 години. А по-късно, преди между 100 000 и 50 000 години, са излезли от Африка, за да се заселят в останалата част на света.
Moreover, almost all these genetic variants we see outside Africa have closely related DNA sequences that you find inside Africa. But if you look in Africa, there is a component of the genetic variation that has no close relatives outside. So a model to explain this is that a part of the African variation, but not all of it, [has] gone out and colonized the rest of the world. And together with the methods to date these genetic differences, this has led to the insight that modern humans -- humans that are essentially indistinguishable from you and me -- evolved in Africa, quite recently, between 100 and 200,000 years ago. And later, between 100 and 50,000 years ago or so, went out of Africa to colonize the rest of the world.
Онова, което често обичам да казвам е, че от геномна гледна точка, всички ние сме африканци. Или днес живеем в Африка, или от скоро сме в изгнание. Друго последствие от този неотдавнашен произход на съвременните хора е, че генетичните изменения са в по-голямата си част широко разпръснати на много места по света и се променят постепенно, поне от гледна точка на основните наблюдения. И тъй като съществуват много генетични изменения, които имат различно темпо на модификация, това означава, че ако установим ДНК последователност -- геном от един човек -- можем сравнително точно да определим от къде идва този човек, ако родителите или прародителите му не са се местили от място на място.
So what I often like to say is that, from a genomic perspective, we are all Africans. We either live inside Africa today, or in quite recent exile. Another consequence of this recent origin of modern humans is that genetic variants are generally distributed widely in the world, in many places, and they tend to vary as gradients, from a bird's-eye perspective at least. And since there are many genetic variants, and they have different such gradients, this means that if we determine a DNA sequence -- a genome from one individual -- we can quite accurately estimate where that person comes from, provided that its parents or grandparents haven't moved around too much.
Но означава ли това, както много хора си мислят, че съществуват огромни генетични различия между групи хора, или различните континенти например? Можем също да си зададем тези въпроси. Например, съществува проект, който е в действие, да определи последователностите на хиляда човека -- техните геноми -- от различни части на света. В проекта бяха определени последователностите на 185 африканци от две различни населения на Африка. Бяха определени и последователностите на приблизително същия брой хора в Европа и Китай. Можем да кажем какви отклонения намираме, колко букви се различават в поне една от тези последователности. А те са много -- 38 милиона променливи позиции.
But does this then mean, as many people tend to think, that there are huge genetic differences between groups of people -- on different continents, for example? Well we can begin to ask those questions also. There is, for example, a project that's underway to sequence a thousand individuals -- their genomes -- from different parts of the world. They've sequenced 185 Africans from two populations in Africa. [They've] sequenced approximately equally [as] many people in Europe and in China. And we can begin to say how much variance do we find, how many letters that vary in at least one of those individual sequences. And it's a lot: 38 million variable positions.
Да се запитаме: Има ли ли някакви абсолютни различия между африканците и всички останали? Вероятно най-голямото различие, което повечето от нас могат да си представят съществува. А пълно различие, наистина различие, е че хората в Африка на всяка конкретна позиция, всички те, имат една буква, а всички други извън Африка имат друга буква. Отговорът на тази загадка е, че измежду всички милиони различия не съществува нито една такава позиция. Това е може би изненадващо. Вероятно някой не е класифициран правилно. Така че можем да свалим малко критериите и да се запитаме: Колко са възможните позиции, при които 95% от хората в Африка имат едно различие, а 95% имат друго и това число е 12.
But we can then ask: Are there any absolute differences between Africans and non-Africans? Perhaps the biggest difference most of us would imagine existed. And with absolute difference -- and I mean a difference where people inside Africa at a certain position, where all individuals -- 100 percent -- have one letter, and everybody outside Africa has another letter. And the answer to that, among those millions of differences, is that there is not a single such position. This may be surprising. Maybe a single individual is misclassified or so. So we can relax the criterion a bit and say: How many positions do we find where 95 percent of people in Africa have one variant, 95 percent another variant, and the number of that is 12.
Така че всичко това е удивително. Означава, че когато погледнем хората и видим човек от Африка, и човек от Европа или Азия, не можем да предвидим за нито една позиция със 100% сигурност какво носи в себе си този човек. А само за 12 позиции можем да се надяваме да бъдем 95% прави. Това може и да е неочаквано, тъй като можем да погледнем тези хора и сравнително лесно да установим откъде идват те или техните прародители. Това означава, че отличителните черти, които забелязваме толкова лесно като черти на лицето, цвят на кожата и типа коса, не се определят от единични силни гени, а от много други генетични различия, които се променят периодично в различните части на света.
So this is very surprising. It means that when we look at people and see a person from Africa and a person from Europe or Asia, we cannot, for a single position in the genome with 100 percent accuracy, predict what the person would carry. And only for 12 positions can we hope to be 95 percent right. This may be surprising, because we can, of course, look at these people and quite easily say where they or their ancestors came from. So what this means now is that those traits we then look at and so readily see -- facial features, skin color, hair structure -- are not determined by single genes with big effects, but are determined by many different genetic variants that seem to vary in frequency between different parts of the world.
Има и нещо друго относно тези отличителни черти, които толкова лесно забелязваме един в друг, върху което си заслужава да помислим. На практика те са във външността ни. Те са онова, което току-що споменахме -- черти на лицето, тип коса, цвят на кожата. Има и много други отличителни черти, които варират между различните континенти и които са свързани с това как работи метаболизма ни, или са свързани с начина, по който имунната ни система се справя с микробите, които нахълтват в телата ни. Това са части на телата ни, с които си взаимодействаме със средата, която ни заобикаля в един директен сблъсък. Много е лесно да си представим как тези части от телата ни са били повлияни от подбора на средата ни и изместената периодичност на гените свързани с тях. Но ако погледнем други части на телата ни, които не си взаимодействат пряко със заобикалящата ни среда, като бъбреците, черния дроб и сърцето ни, няма как да кажем като ги погледнем откъде по света идват.
There is another thing with those traits that we so easily observe in each other that I think is worthwhile to consider, and that is that, in a very literal sense, they're really on the surface of our bodies. They are what we just said -- facial features, hair structure, skin color. There are also a number of features that vary between continents like that that have to do with how we metabolize food that we ingest, or that have to do with how our immune systems deal with microbes that try to invade our bodies. But so those are all parts of our bodies where we very directly interact with our environment, in a direct confrontation, if you like. It's easy to imagine how particularly those parts of our bodies were quickly influenced by selection from the environment and shifted frequencies of genes that are involved in them. But if we look on other parts of our bodies where we don't directly interact with the environment -- our kidneys, our livers, our hearts -- there is no way to say, by just looking at these organs, where in the world they would come from.
Има друго интересно нещо, идващо от осъзнаването на факта, че хората имат общ неотдавнашен произход от Африка и това е, че когато хората са се появили преди около 100 000 години, те не са били сами на тази планета. Имало е и други човекоподобни форми на живот, най-известните от които са вероятно неандерталците -- тези яки човекоподобни, ето тук вляво сравени със съвременен човешки скелет вдясно, които са съществували в западна Азия и Европа преди няколкостотин хиляди години. Така че един интересен въпрос би бил какво се е случило, когато сме се срещнали? Какво се е случило с неандерталците?
So there's another interesting thing that comes from this realization that humans have a recent common origin in Africa, and that is that when those humans emerged around 100,000 years ago or so, they were not alone on the planet. There were other forms of humans around, most famously perhaps, Neanderthals -- these robust forms of humans, compared to the left here with a modern human skeleton on the right -- that existed in Western Asia and Europe since several hundreds of thousands of years. So an interesting question is, what happened when we met? What happened to the Neanderthals?
За да отговори на този въпрос, моята изследователска група, от 25 години, работи върху начини за извличане на ДНК от останки на неандерталци и изчезнали животински видове на десетки хиляди години. Всичко това е свързано с много технически въпроси относно това как се извлича ДНК и как се превръща във форма, която да бъде подредена в ДНК последователност. Трябва да се работи много внимателно, за да се избегне замърсяването на пробите с вашето собствено ДНК. Това, заедно с методите, които допускат много ДНК молекули да бъдат секвентирани много бързо, ни позволи миналата година да представим първата версия на неандерталски геном, така че всеки един от вас може сега да го види в Интернет, или поне 55% от него, които успяхме да възстановим досега. И можете да го сравните с геномите на съвременните хора.
And to begin to answer such questions, my research group -- since over 25 years now -- works on methods to extract DNA from remains of Neanderthals and extinct animals that are tens of thousands of years old. So this involves a lot of technical issues in how you extract the DNA, how you convert it to a form you can sequence. You have to work very carefully to avoid contamination of experiments with DNA from yourself. And this then, in conjunction with these methods that allow very many DNA molecules to be sequenced very rapidly, allowed us last year to present the first version of the Neanderthal genome, so that any one of you can now look on the Internet, on the Neanderthal genome, or at least on the 55 percent of it that we've been able to reconstruct so far. And you can begin to compare it to the genomes of people who live today.
Въпросът, който може би ще искате да зададете е какво се е случило, когато сме се срещнали? Съвокуплявали ли сме се или не? Начинът, по който да зададете този въпрос е да погледнете неандерталеца, който идва от южна Европа и да го сравните с геномите на съвременните хора. След това правим това с двойки индивиди, като започнем с двама африканци и погледнем геномите им, като търсим места където се различават и задаваме въпроса: Какво представлява неандерталеца? Прилича ли на единия африканец или на другия? Би трябвало да очакваме никакви разлики, тъй като неандерталците никога не са били в Африка. Трябва да бъдат еднакви, няма причина да са по-близки до един африканец, отколкото до друг африканец. И наистина, това е положението. От статистическа гледна точка, няма различия в начина, по който неандерталеца съответства на един или друг африканец. Но всичко това се променя, когато погледнем европеец и африканец. Тогава, значително по-често, неандерталеца наподобява европееца, отколкото африканеца. Същото е валидно и ако погледен китаец и африканец -- неандерталеца ще наподобява китаеца много по-често. Това може би е също изненадващо, тъй като неандерталците никога не са били в Китай.
And one question that you may then want to ask is, what happened when we met? Did we mix or not? And the way to ask that question is to look at the Neanderthal that comes from Southern Europe and compare it to genomes of people who live today. So we then look to do this with pairs of individuals, starting with two Africans, looking at the two African genomes, finding places where they differ from each other, and in each case ask: What is a Neanderthal like? Does it match one African or the other African? We would expect there to be no difference, because Neanderthals were never in Africa. They should be equal, have no reason to be closer to one African than another African. And that's indeed the case. Statistically speaking, there is no difference in how often the Neanderthal matches one African or the other. But this is different if we now look at the European individual and an African. Then, significantly more often, does a Neanderthal match the European rather than the African. The same is true if we look at a Chinese individual versus an African, the Neanderthal will match the Chinese individual more often. This may also be surprising because the Neanderthals were never in China.
Така че модeла, който предлагаме за да обясним това е, че когато преди около 100 000 години съвремнните хора са излезли от Африка, са срещнали неандерталците. Вероятно първо се е случило в Близкия изток, където са живеели неандерталците. Ако са се съвокуплявали с хората там, тогава онези съвременни хора, които са станали предшественици на всички извън Африка, са пренесли със себе си този неандерталски компонент в генома си към останалата част на света. Така че днес 2,5% от ДНК-то на хората, които живеят извън Африка, идва от неандерталците.
So the model we've proposed to explain this is that when modern humans came out of Africa sometime after 100,000 years ago, they met Neanderthals. Presumably, they did so first in the Middle East, where there were Neanderthals living. If they then mixed with each other there, then those modern humans that became the ancestors of everyone outside Africa carried with them this Neanderthal component in their genome to the rest of the world. So that today, the people living outside Africa have about two and a half percent of their DNA from Neanderthals.
След като сега имаме неандерталския геном за сравнение и технологиите, с които да погледнем и разчетем древните останки, както и да извлечем ДНК, можем да започнем да ги прилагаме навсякъде по света. Първото място, където го направихме е в планината Алтай, в южен Сибир, в пещера наречена Денисова, която се намира в тези планини и където през 2008 г. археолозите намериха миниатюрно парче кост -- ето негова реплика -- за което разбраха, че е кокалче от човешко кутре. Беше добре запазено, така че можахме да установим ДНК-то на този човек, дори по-добре отколкото на неандерталците и успяхме да го сравним с неандерталския геном, и с генома на съвременните хора. Открихме, че ДНК последователностите на този човек са имали общ произход с тези на неандерталците преди около 640 000 години. А преди около 800 000 години са имали общ произход с тези на съвременните хора.
So having now a Neanderthal genome on hand as a reference point and having the technologies to look at ancient remains and extract the DNA, we can begin to apply them elsewhere in the world. And the first place we've done that is in Southern Siberia in the Altai Mountains at a place called Denisova, a cave site in this mountain here, where archeologists in 2008 found a tiny little piece of bone -- this is a copy of it -- that they realized came from the last phalanx of a little finger of a pinky of a human. And it was well enough preserved so we could determine the DNA from this individual, even to a greater extent than for the Neanderthals actually, and start relating it to the Neanderthal genome and to people today. And we found that this individual shared a common origin for his DNA sequences with Neanderthals around 640,000 years ago. And further back, 800,000 years ago is there a common origin with present day humans.
Значи този индивид идва от популация, която има общ произход с неандерталците, но много отдавна, а след това има своя дълга, собствена генетична история. Наричаме тази група от хора, които тогава открихме за първи път от онова мъничко парче кост, денисованци, наречени на мястото, където за първи път бяха намерени. Можем да се запитаме същото за денисованците, онова което се питахме и за неандерталците: Съвокуплявали ли са се те с предшественици на съвременните хора? Ако си зададем този въпрос и сравним генома на денисованците с хората по света, ще открием, че няма никаква следа от ДНК-то на денисованците в хората, които живеят около Сибир в наши дни. Но откриваме такива следи в Папуа Нова Гвинея, както и в други острови от Меланезия и Тихия океан. Така че това вероятно означава, че тези денисованци са били по-широко разпространени в миналото, тъй като не вярваме, че предшествениците на меланезийците са били някога в Сибир.
So this individual comes from a population that shares an origin with Neanderthals, but far back and then have a long independent history. We call this group of humans, that we then described for the first time from this tiny, tiny little piece of bone, the Denisovans, after this place where they were first described. So we can then ask for Denisovans the same things as for the Neanderthals: Did they mix with ancestors of present day people? If we ask that question, and compare the Denisovan genome to people around the world, we surprisingly find no evidence of Denisovan DNA in any people living even close to Siberia today. But we do find it in Papua New Guinea and in other islands in Melanesia and the Pacific. So this presumably means that these Denisovans had been more widespread in the past, since we don't think that the ancestors of Melanesians were ever in Siberia.
С изучаването на геномите на изчезналите хора започваме да рисуваме картина на света, когато съвременните хора са започнали да излизат от Африка. На запад е имало неандерталци, а на изток -- денисованци, а може би и други форми на хора, които все още не сме открили. Не знаем къде са границите между тези хора, но знаем, че в южен Сибир е имало и неандерталци и денисованци, поне в някакъв момент от миналото. След това съвременните хора са се появили някъде в Африка, и са мигрирали оттам, вероятно към Близкия изток. Срещнали са се с неандерталците, съвокуплявали са се с тях, и са продължили да се разпространяват по света и някъде в южна Азия са срещнали денисованците и са се съвокуплявали и с тях, като след това са продължили към Тихия океан. После тези ранни хора са изчезнали, но част от тях живее и днес в някои от нас -- 2,5% от ДНК-то на хората извън Африка идва от неандерталците, а меланезийците всъщност имат още приблизително 5% от денисованците.
So from studying these genomes of extinct humans, we're beginning to arrive at a picture of what the world looked like when modern humans started coming out of Africa. In the West, there were Neanderthals; in the East, there were Denisovans -- maybe other forms of humans too that we've not yet described. We don't know quite where the borders between these people were, but we know that in Southern Siberia, there were both Neanderthals and Denisovans at least at some time in the past. Then modern humans emerged somewhere in Africa, came out of Africa, presumably in the Middle East. They meet Neanderthals, mix with them, continue to spread over the world, and somewhere in Southeast Asia, they meet Denisovans and mix with them and continue on out into the Pacific. And then these earlier forms of humans disappear, but they live on a little bit today in some of us -- in that people outside of Africa have two and a half percent of their DNA from Neanderthals, and people in Melanesia actually have an additional five percent approximately from the Denisovans.
Означава ли това, че все пак съществува някакво пълно различие между хората в Африка и онези извън Африка, тъй като хората извън Африка имат в генома си този стар компонент от тези отдавна изчезнали форми на хора, а африканците нямат? Не мисля така. Вероятно, съвременните хора са се появили някъде в Африка. Разпространили са се в Африка и разбира се, там е имало и други ранни форми на древни хора. И тъй като сме се съвокуплявали навсякъде по света, съм сигурен, че един ден, когато вероятно ще имаме геном и от тези ранни човекоподобни форми от Африка, ще открием, че и те са се съвокуплявали с раннните съвременни хора в Африка.
Does this then mean that there is after all some absolute difference between people outside Africa and inside Africa in that people outside Africa have this old component in their genome from these extinct forms of humans, whereas Africans do not? Well I don't think that is the case. Presumably, modern humans emerged somewhere in Africa. They spread across Africa also, of course, and there were older, earlier forms of humans there. And since we mixed elsewhere, I'm pretty sure that one day, when we will perhaps have a genome of also these earlier forms in Africa, we will find that they have also mixed with early modern humans in Africa.
Да обобщим: какво сме научили от изучаването на геномите на съвремнните хора и изчезналите човешки видове? Вероятно сме научили много неща, но онова, което смятам за важно да споменем е факта, че ние винаги сме се съвокуплявали помежду си. Съвокуплявали сме с тези ранни човешки форми навсякъде където сме се срещали и оттогава продължаваме да се съвокупляваме помежду си.
So to sum up, what have we learned from studying genomes of present day humans and extinct humans? We learn perhaps many things, but one thing that I find sort of important to mention is that I think the lesson is that we have always mixed. We mixed with these earlier forms of humans, wherever we met them, and we mixed with each other ever since.
Благодаря ви за вниманието.
Thank you for your attention.
(Аплодисменти)
(Applause)