אוצרות גנטיים באדמת המערה

לפני כעשר שנים התרחשה מהפכה של ממש בחקר האבולוציה של האדם. עד אז, החוקרים שניסו לשחזר את השושלת שהובילה אל בני האדם המודרניים הסתמכו על המאובנים והשרידים הפיזיים שהותירו אחריהם האנשים הקדומים. השרידים כללו כלי אבן, שאריות של מדורות עתיקות או מחצלות בנות מאות אלפי שנים, וכמובן עצמות אדם. למרבה הצער, עצמות כאלו נדירות למדי. הרוב המוחלט של בעלי החיים, בהם גם קרובי משפחתנו, מתים ונעלמים בלי להשאיר עקבות: בעלי חיים אוכלים את גופותיהם, והעצמות של נאכלות מפוזרות או מתפוררות לאבק. רק שילוב תנאים ייחודי למדי מאפשר להן להתאבן ולהגיע לידינו.

בשנת 2010 התפרסם מחקר שהראה כיצד ניתן ללמוד מהמאובנים המעטים שבידינו הרבה יותר מממה שתיארנו לעצמנו אי פעם – אם נסתכל פנימה, אל ה-DNA שלהם. החוקרים הצליחו להפיק חומר גנטי מכמה עצמות של ניאנדרטלים, אנשים קדומים שחיו עד לפני כ-40 אלף שנה והיו קרובים אלינו מאוד אבולוציונית, וקבעו את רצף הגנום שלהם.

הפקה של DNA מעצמות בנות עשרות אלפי שנים היא אתגר מורכב, והמשימה הופכת קשה עוד יותר ככל שהמאובן מוקדם יותר, שכן מולקולות ה-DNA מתפרקות עם הזמן. לא נוכל ללמוד בעזרת החומר הגנטי על מינים מוקדמים ביותר בשושלת האדם, כמו מיני האוסטרלופיתקוס שחיו לפני שלושה מיליון שנה ויותר. עם זאת, השיטות הגנטיות חשפו בפנינו פרטים רבים על הניאנדרטלים. אחד הדברים הראשונים שגילינו הוא שאבותינו לא רק נפגשו עם הניאנדרטלים, אלא גם העמידו איתם צאצאים, וכך רבים מהאנשים החיים כיום נושאים בתאיהם גם DNA ניאנדרטלי. זמן קצר לאחר מכן חשפו המחקרים הגנטיים את האדם הדניסובי – אדם קדום הקרוב מאוד לניאנדרטלים, אך שונה מהם גנטית. הדניסובים היו הראשונים, והיחידים עד כה, שהתגלו אך ורק על פי החומר הגנטי שלהם.

כאן החל הגילוי של בני אדם קדומים רק לפי החומר הגנט שהותירו. הכניסה למערכת דניסובה בסיביר | צילום: SPUTNIK / SCIENCE PHOTO LIBRARY

DNA ללא מאובנים

החומר הגנטי שהופק מהמאובנים חשף בפנינו הרבה יותר משהעצמות עצמן יכלו לספר. אך גם כאן, אנחנו נתקלים בבעיה של מיעוט המאובנים: בסופו של דבר, אנחנו יכולים להפיק DNA רק מהעצמות שיש בידינו. יש אתרים לא מעטים שאנו יודעים כי אנשים קדומים חיו בהם, לפי כלים שהושארו שם, עצמות בעלי חיים שנחתכו בכלי אבן ועוד, אך לא הצלחנו למצוא אפילו שן או שבר עצם של האנשים עצמם. גם במקומות שבהם הצלחנו למצוא עצמות, הן מייצגות אחוז מזערי מהאנשים שחיו שם, לפעמים לאורך מאות ואלפי שנים – ולא מכולן הצליחו החוקרים להפיק DNA.

ב-2017 פרסמו חוקרים ממכון מקס פלאנק בלייפציג, גרמניה מאמר שבו הראו בפעם הראשונה כי אפשר למצוא חומר גנטי של אנשים קדומים – ללא צורך במאובנים. החוקרים אספו דגימות קרקע מכמה מערות באסיה ובאירופה, והשתמשו בשיטות חדישות להפקת DNA ולקביעת הרצף שלו, כדי לזהות דגימות של שהיו שייכות לבעלי חיים שונים. בשש מהמערות הם מצאו ראיות לנוכחותם של יונקים, ובשלוש היו שאריות DNA של אנשים קדומים: ניאנדרטלים ודניסובים. כל ה-DNA נמצא בקרקע, ללא שהיו שם שברי עצמות שניתן לראות בעין. הוא הגיע מתאי עור של תושבי המערות, משיער שהשירו, וגם מזיעה ומדם שנספגו באדמה.

ההישג הזה פתח דלת למחקר גנטי רחב הרבה יותר, שאינו מוגבל על ידי מספר המאובנים, אך גם לו היו מגבלות משלו. החומר הגנטי שהחוקרים חיפשו, ומצאו, במחקר מ-2017 לא היה DNA מגרעין התא, אלא מהמיטוכונדריה, אברונים זעירים שאחראים על ייצור אנרגיה בתאים, ויש להם מעט DNA משלהם. ה-DNA שבגרעין הוא מאגר הגנים העיקרי של התא, וכולל את מה שאנחנו לרוב חושבים עליו כשאנחנו מדברים על הגֵנום שלנו. אמנם בגרעין יש יותר DNA מאשר בכל אחד מהאברונים, אך יש אלפי מיטוכונדריה בכל תא, וכל אחד מהם נושא עותק של ה-DNA המיטוכונדרי. לכן יש בגופנו עותקים רבים הרבה יותר של DNA זה, שהופכים את הפקתו מדגימות קרקע בנות עשרות אלפי שנים לקלה יותר.

בעזרת ה-DNA המיטוכונדרי אפשר לקבוע אם אכן היו ניאנדרטלים או דניסובים במערה מסוימת במועד זה או אחר, אבל קשה יותר להתחקות אחר האבולוציה שלהם ואחר מסלול נדודיהם. גם קשה ללמוד, למשל, למי היו קרובים יותר הניאנדרטלים שחיו במערה בספרד – לאלו מגרמניה או לאלו מסיביר. זאת משום שהמיטוכונדריה מכילים מעט מאוד DNA, והוא אינו נושא מספיק מידע. בשביל לענות על שאלות כאלה אנחנו זקוקים ל-DNA מהגרעין.

הניאנדרטלים שחיו כאן לפני 100 אלף שנים, היו קרובים יותר לניאנדרטלים מסיביר מאשר לשוכני אותה מערה 30 אלף שנים קודם לכן. חפירות במערת Galería de las Estatuas בספרד | צילום: Javier Trueba - Madrid Scientific Films

ניאנדרטלים קדומים, ניאנדרטלים מאוחרים

כעת, אותו צוות חוקרים מגרמניה הצליח לעשות זאת. במאמר שפורסם בכתב העת Science מתארים החוקרים הפקה של DNA גרעיני מיותר מ-150 שכבות בשלוש מערות, שתיים בסיביר ואחת בספרד, שתוארכו לכ-50 אלף עד 200 אלף שנים לפני זמננו. החוקרים השתמשו בשיטות חדישות כדי להפיק את ה-DNA ולוודא שאכן מדובר ב-DNA של אדם ולא של יונק אחר. המערות בסיביר היו אלו שבהן נמצא קודם לכן DNA מיטוכונדרי, וגם מאובנים שמהם הופק DNA. "הטכניקות שפיתחנו הן חדשות מאוד, אז רצינו לנסות אותן במקומות שבהם ידענו למה לצפות", אמר מתיאס מאייר (Meyer), החוקר הבכיר החתום על המאמר.

אחת המערות האלה היא מערת דֶנִיסוֹבָה, שבה נמצאו המאובנים הראשונים של האדם הדֶנִיסוֹבִי ועל שמה הוא נקרא. בשתי שכבות קרקע במערת דניסובה נמצא DNA גרעיני של ניאנדרטלים, ובשכבה נוספת DNA גרעיני של דניסובים. במערה השנייה בסיביר ובמערה בספרד נמצא DNA ניאנדרטלי בלבד.

ההשוואה בין החומר הגנטי של הניאנדרטלים ממקומות שונים ומתקופות שונות, מדגימות הקרקע וממאובנים שה-DNA שלהם נבחן בעבר, חושפת פרטים על ההתפצלויות של האוכלוסיות לאורך השנים. החוקרים הראו שהניאנדרטלים התפשטו ברחבי אסיה ואירופה לפני כ-135 אלף שנים. הגנים של אנשים אלו נמצאו גם בסיביר וגם באירופה, בדגימות הקרקע של המערה בספרד ובמאובנים במערה בבלגיה.

כשלושים אלף שנה מאוחר יותר, אוכלוסייה ניאנדרטלית נוספת, עם גנים שונים במקצת, התפשטה שוב ברחבי היבשת והחליפה את הקבוצות הקודמות. הגנים של הניאנדרטלים "החדשים", מלפני כ-105 אלף שנה, נמצאו שוב גם בסיביר וגם באירופה. בדגימות הקרקע של המערה בספרד נמצאו גם הגנים של הקבוצה הקדומה יותר, וגם הגנים של הקבוצה המאוחרת. הניאנדרטלים שחיו במערה בתקופה המאוחרת היו קרובים יותר, מבחינה גנטית, לניאנדרטלים שחיו באותה תקופה בסיביר, מאשר לניאנדרטלים שחיו באותה מערה 30 אלף שנה קודם לכן.

הממצאים חושפים פרטים חדשים על קרובי משפחתנו, אך הם חשובים בראש ובראשונה כהוכחה לכך שאפשר להפיק DNA גרעיני מהאדמה. "היכולת לבצע ניתוח של DNA גרעיני ממשקעים מרחיב בצורה דרמטית את האפשרויות שעומדות בפנינו לחקור את ההיסטוריה האבולוציונית של בני אדם קדומים", אמר בנג'מין וורנוט (Vernot), שהוביל את המחקר. "עכשיו אנחנו יכולים לחקור את ה-DNA מהרבה יותר אוכלוסיות אנושיות, ומהרבה יותר מקומות, משאי פעם חשבנו", הוסיף מאייר.