Prawda w genach

Czy można poznać liczebny stan populacji sprzed ponad 500 lat? Jak się okazuje: tak.

Ponieważ w świecie czasopism naukowych konkurencja nie jest jeszcze taka straszna (czytaj: bezmyślna), nie zdarza się ni często, ni rzadko, żeby jedno czasopismo życzliwie komentowało badania opublikowane w innym, tylko po to, by jak największa liczba czytelników miała możliwość zapoznać się z ich interesującymi wynikami. Gdy jeszcze komentujące czasopismo nazywa się „Science”, a publikujące „PNAS” („Proceedings of the National Academy of Sciences”), to zarówno jakością tych badań, jak i ich wzajemną kurtuazją możemy być w pełni podbudowani.

Apokalipsa
Rzecz dotyczyła, dość powszechnie znanej, choć do tej pory naukowo udokumentowanej jedynie przez historyków, sprawy. Mianowicie zbadano, jakie dla wielkości i stanu zdrowia rdzennych populacji Ameryki były efekty kolonizacji hiszpańskiej. Wyniki badań opublikowano w „PNAS” i „Science” pod koniec ubiegłego roku.

Archeolodzy i historycy właściwie nie mieli wątpliwości. Kwestią było tylko „upolitycznienie” sporu o podstawową przyczynę zagłady, czyli o to, jakie czynniki były bardziej odpowiedzialne za wymieranie Indian amerykańskich: religijne rytuały Majów i Azteków oraz ich postępowanie wobec podbijanych małych plemion czy może „przywleczone” do nich przez Hiszpanów i Portugalczyków choroby zakaźne.

Do tej dyskusji, parę lat temu włączył się również hollywoodzki gwiazdor Mel Gibson i, o dziwo, jeszcze bardziej namieszał. Chciał on stworzyć dzieło uniwersalne, ukazujące na przykładzie Majów apokalipsę każdego ludu, który traci swoją duszę. Co bardziej „postępowi” komentatorzy twierdzili, że w procesie pisania scenariusza filmu czerpał swoją wiedzę jedynie z pamiętników konkwistadorów hiszpańskich. Oburzenie sporej części krytyków i jednoczesna wysoka oglądalność „Apocalyptyco” pokazała jednak, że w społeczeństwie wydarzenia sprzed 500 lat mogą nadal budzić prawdziwe emocje.

Naukowa dyskusja
Spór był jak najbardziej naukowy. O ile łatwo było ustalić, że w 1900 roku rdzenna populacja zamieszkująca tereny Ameryki Północnej i północne terytoria Meksyku wynosiła około pół miliona, o tyle badacze nie byli równie zgodni, szacując tę liczbę dla roku 1500. Wahała się ona pomiędzy 1 a 20 milionami mieszkańców Ameryki przedkolumbijskiej. Historycy, w zależności od wyjściowego poglądu, szacowali zatem, że zetknięcie z Europejczykami, na przełomie XV i XVI wieku, mogło spowodować śmierć od 50 do grubo ponad 90 proc. Indian amerykańskich.

Próbę dokładnego oszacowania skutków tego spotkania podjęli amerykański genetyk populacji Brendan O’Fallon z University of Washington w Seattle oraz niemiecki antropolog Lars Fehren-Schmitz z Getyngi. Tym jednak razem użyto metod wypracowanych przez nauki przyrodnicze. Naukowcy podjęli się zanalizowania materiału genetycznego pochodzącego z mitochondriów 137 rdzennych Amerykanów, geograficznie reprezentujących terytorium obu Ameryk. Jednocześnie przebadano także 63 próbki mitochondrialnego DNA pochodzące z wykopalisk prowadzonych na tych samych terenach, obejmujących okres od 700 do 3000 lat temu lat temu. Taki materiał badawczy pozwolił powiedzieć niemało o stanie populacji. Badanie miało na celu sprawdzenie, jak ona wyglądała, zanim w 1498 roku Kolumb zobaczył ujście rzeki Orinoko, a jak wyglądała niedługo potem oraz dziś.

Mitochondria zasadniczo dziedziczymy wyłącznie po matce (w zarodku biorą się one z komórki jajowej), a liczba kobiet bardziej limituje populację niż liczba mężczyzn (ci mogą zostać rodzicami na co dzień, kobiety nie częściej niż co jakieś 10 miesięcy). Mitochondrium, jako organellum semiautonomiczne co do replikacji własnego DNA, powstaje na drodze podziału mitochondriów istniejących w komórce/zarodku. Ewolucyjnie pochodzi od alpha-proteobakterii i kumuluje mutacje niezależnie – i statystycznie częściej – od DNA zgromadzonego w chromosomach jądra komórkowego. W przypadku DNA pobranego współcześnie analizie poddano pełne genomy mitochondrialne. W materiale archaicznym natomiast zanalizowano dobrze zachowane fragmenty polimorficzne, czyli o skumulowanej zmienności opisanej wcześniej dla ludzkiej populacji. Taka różnica w podejściu, usprawiedliwona przez dostępność dobrze zachowanego materiału kopalnego, jest zresztą podstawą naukowej krytyki opublikowanych właśnie wyników.

Zegar molekularny
Naukowcy, zestawiając ze sobą współczesne i starożytne fragmenty mitochondrialnego DNA, zdołali skalibrować dokładny zegar molekularny, przekładający język genetycznych mutacji de novo na język upływającego czasu. Aby datować obserwowane zmiany w rozmieszczeniu wariantów DNA (a zatem i zmiany demograficzne), naukowcy wykorzystali modele statystyczne o wysokiej rozdzielczości. Korzystając ze wspomnianej wyżej charakterystyki mitochondrialnego DNA, byli oni w stanie oszacować tzw. efektywną wielkość populacji (czyli liczbę dzietnych kobiet), od czasów zasiedlenia Ameryki (ok. 15 tys. lat temu) aż do dziś.

Analiza genetyczna wykazała, że efektywna wielkość populacji rdzennych Amerykanów osiągnęła maksimum około 3000 r. p.n.e., aby 4500 lat później (czyli w czasie spotkania z Europejczykami) gwałtownie spaść o 50 proc. Potem ponownie zaczęła stopniowo rosnąć. Zauważmy, że naukowcy nie oszacowali wielkości populacji, czyli liczebności amerykańskich Indian, ponieważ związek pomiędzy wielkością bezwzględną populacji a jej wielkością efektywną może być bardzo różnorodny i jest uwarunkowany kulturowo. Ów wzrost i fakt, że populacja ta ostatecznie odbudowała swoje zasoby ludzkie (osiągając np. obecnie w USA liczebność 3 mln) świadczy o tym, że nie znalazła się w bezpośrednim niebezpieczeństwie zagłady biologicznej. Jednak z perspektywy zachowania i rozwoju kultury oraz tzw. społecznego morale, gwałtowny spadek liczby rodzących kobiet o połowę to poważny problem.

Wymieranie populacji
Ludzie umierają… Zjawiska oraz procesy polityczne i ekonomiczne leżą u zarania chorób stanowiących przyczynę ich śmierci, zwłaszcza gdy przybiera ona formę wymierania populacji. Czego nie wykopią archeolodzy i nie znajdą w dokumentach historycy, zdołają wykazać współcześni genetycy, którzy mają ku temu instrumentarium. Inną kwestią jest, czy podobnie skuteczne instrumentarium do oceny odpowiedzialności moralnej politycznej czy prawnej znajduje się w rękach społeczeństwa. Jak szybko różne decyzje i działania odbijają się na stanie zdrowia i zdolności populacji do przeżycia oraz odrodzenia? Tego dowiemy się z kolejnych badań.

Nauka postępuje szybko, więc pewne jest, że nie trzeba będzie na to czekać 500 lat. Jedyny problem jest taki, że aby skalibrować molekularny zegar, potrzeba będzie mieć współcześnie pozyskane DNA. A dziś nie brak na świecie populacji, którym różne władze tak się przysłużyły, że już niebawem może zabraknąć możliwości pobrania materiału do badań.