Come il DNA sta cambiando ciò che sappiamo dei Neanderthal

Per molto tempo abbiamo raccontato l’evoluzione umana come una successione ordinata di specie, alcune delle quali comparivano mentre altre si estinguevano, sino a che, alla fine, per ragioni che ancora non conosciamo pienamente, la nostra è rimasta l’unica a rappresentare il genere Homo. Negli ultimi quindici anni, però, la genetica molecolare ha reso questa storia molto meno lineare. Il sequenziamento del DNA estratto dai resti di Neanderthal ha mostrato, infatti, che i nostri antenati non si limitarono a convivere con altre forme umane, ma si incrociarono con esse e che di quegli antichi incontri conserviamo ancora oggi tracce nel nostro patrimonio genetico.

Come conseguenza di questi incroci, avvenuti in Eurasia circa 47.000 anni fa, nelle attuali popolazioni non africane circa l’1-2 per cento del genoma deriva dai Neanderthal. La percentuale può sembrare piccola e, ovviamente, non tutti possediamo esattamente le stesse sequenze di DNA neandertaliano, ma nei fatti la nostra specie ha assorbito parte del genoma dei Neanderthal e alcune di quelle sequenze sono arrivate fino a noi. Il loro destino non è stato però uguale: alcune sono state progressivamente eliminate dalla selezione naturale, altre sembrano avere avuto un’evoluzione sostanzialmente neutrale, mentre altre ancora potrebbero essere state mantenute perché vantaggiose nelle popolazioni in cui erano entrate. La novità che caratterizza molti degli studi più recenti è proprio questa: non ci chiediamo più soltanto quanto DNA neandertaliano o denisoviano (un’altra forma umana arcaica) sia presente nel nostro genoma, ma stiamo cercando di capire quale funzione abbiano questi tratti di DNA e quale contributo possano avere dato a quel grande successo evolutivo che ci ha permesso di essere qui oggi in otto miliardi.

DNA vantaggioso o silenzioso passeggero?

Oggi ovviamente non possiamo sapere quali vantaggi e svantaggi questi tratti di DNA abbiano comportato nel passato, ma possiamo fare delle ipotesi per comprendere almeno cosa è successo nelle popolazioni attuali. Proprio per cercare una risposta a questa domanda, i genetisti Aaron Pfennig e Joseph Lachance hanno analizzato oltre 30.000 genomi raccolti nel programma statunitense All of Us con lo scopo non tanto di verificare la presenza di DNA neandertaliano, ma di capire quale destino avessero avuto quelle varianti una volta entrate in popolazioni di Homo sapiens con storie genetiche e demografiche differenti.

Nel complesso, gli autori hanno osservato che, nelle ultime quindici generazioni, la quantità di DNA neandertaliano presente nei genomi analizzati è rimasta vicina a quella attesa sulla base delle proporzioni di ascendenza degli individui considerati. Questo risultato ci suggerisce che una parte consistente di quell’eredità abbia avuto un’evoluzione sostanzialmente neutrale, pur mostrando al contempo che alcune regioni del nostro genoma hanno avuto un destino differente.

Per esempio, alcune regioni del genoma sono particolarmente povere di DNA neandertaliano e al loro interno si trovano geni implicati nella stabilità del genoma e nella funzionalità degli spermatozoi. La distribuzione di questi segmenti è coerente con l’ipotesi che non tutte le combinazioni tra varianti sapiens e neandertaliane fossero ugualmente compatibili, per cui alcune combinazioni potrebbero avere ridotto la fertilità degli ibridi o addirittura la loro sopravvivenza.

In particolare, sono presenti nel nostro genoma cinque grandi aree, definite deserti di introgressione, nelle quali il DNA neandertaliano è molto meno rappresentato del previsto e, sebbene sia per ora molto prematuro formulare ipotesi funzionali, proprio dallo studio di queste aree potrebbe derivare una migliore comprensione delle forme di compatibilità tra due popolazioni umane evolutivamente distinte che, pur essendosi incrociate, potevano presentare incompatibilità genetiche.

A fronte di tratti che ponevano problemi è però emerso che alcune sequenze neandertaliane hanno conferito vantaggi, contribuendo per esempio alla risposta immunitaria contro nuovi patogeni e all’adattamento alle differenti condizioni climatiche incontrate da Homo sapiens dopo l’uscita dall’Africa. La peculiarità della ricerca molecolare che oggi possiamo fare è che non ci dobbiamo più limitare alla formulazione di ipotesi, ma possiamo metterle alla prova in laboratorio.

Un caso recente particolarmente interessante riguarda il recettore dell’ormone della crescita, GHR. Uno studio coordinato da Hugo Zeberg ha identificato una versione del recettore caratterizzata da due sostituzioni aminoacidiche presenti nei Neanderthal e arrivate nelle popolazioni di Homo sapiens attraverso l’ibridazione.

Gli autori hanno ottenuto cellule che producevano la versione sapiens oppure quella neandertaliana di tale recettore e le hanno esposte all’ormone della crescita. Il legame dell’ormone al recettore non cambiava in modo rilevante, ma le cellule con la variante neandertaliana mostravano un aumento di circa il 6 per cento della proliferazione. Analizzando i dati biometrici raccolti in varie biobanche, il gruppo di ricerca di Zeberg ha osservato che la presenza di quella variante è associata a differenze piccole ma rilevabili nel peso medio, con un aumento di quasi 300 grammi dovuto soprattutto a una maggiore massa muscolare.

Non siamo di fronte a un «gene per la muscolatura neandertaliana», né aspettatevi di vedere che le persone con quella variante abbiano un aspetto neandertaliano, ma questo ci dimostra che varianti neandertaliane entrate nel nostro genoma decine di migliaia di anni fa possono continuare a produrre effetti molecolari e fenotipici nelle persone attuali.

È un salto concettuale importante perché trasforma il DNA neandertaliano da semplice testimonianza di un antico incontro a componente biologicamente attiva e ci permette di formulare ipotesi su quali effetti alcune di queste varianti potessero avere anche nei Neanderthal vissuti decine di migliaia di anni fa.

Alcune ipotesi sulla struttura delle comunità neandertaliane

Quando si ha la possibilità di disporre del DNA estratto da individui vissuti nello stesso luogo, la genetica può offrire ulteriori possibilità, tra cui ricostruire i rapporti di parentela, gli spostamenti e perfino alcuni aspetti dell’organizzazione delle popolazioni neandertaliane.

Una serie significativa di campioni proviene dalla grotta di Stajnia, in Polonia, ed è stata analizzata dal gruppo coordinato da Andrea Picin e Sahra Talamo dell’Università di Bologna. In particolare, è stato estratto il DNA mitocondriale da denti appartenuti a sette Neanderthal vissuti circa 100.000 anni fa. Si tratta del più antico insieme di più individui neandertaliani finora studiato geneticamente nell’Europa centrale e orientale.

Tre dei reperti presentavano lo stesso DNA mitocondriale, indicando che potevano appartenere allo stesso individuo oppure a individui strettamente imparentati lungo la linea materna. Il dato più interessante, però, emerge dal confronto con altri Neanderthal, in quanto varianti molto simili del DNA mitocondriale sono state ritrovate in individui vissuti dalla penisola iberica al Caucaso, suggerendo che questa linea materna fosse un tempo diffusa su un’area vastissima dell’Eurasia occidentale, prima di essere sostituita dalle linee caratteristiche dei Neanderthal più recenti.

Gli studi genetici più recenti hanno anche modificato l’immagine che avevamo della loro organizzazione sociale. Un articolo pubblicato sulla rivista scientifica Nature nei mesi scorsi ha analizzato il DNA proveniente da 27 resti neandertaliani rinvenuti in dieci siti del Belgio e della Francia e appartenenti a individui vissuti da circa 52.500 anni fa in poi, quindi poco prima della scomparsa dei Neanderthal dall’Europa.

Il confronto tra questi genomi ha mostrato che molti dei Neanderthal dell’Europa nord-occidentale erano geneticamente più simili tra loro che ad altri Neanderthal europei contemporanei, indicando l’esistenza di connessioni tra gruppi presenti nella stessa regione. Al tempo stesso, non sono emersi i forti segnali di accoppiamento tra parenti stretti osservati in alcuni Neanderthal dei monti Altai.

Questo dato è interessante perché nell’immaginario comune i Neanderthal sono spesso pensati come piccoli gruppi familiari isolati gli uni dagli altri, molto stanziali e che proprio per questo avrebbero sofferto di problemi derivanti dall’isolamento delle varie popolazioni. Al contrario, questi dati nel complesso ci suggeriscono che almeno alcune popolazioni neandertaliane potessero essere più ampie o meglio connesse tra loro di quanto si fosse ipotizzato in precedenza, e che nel corso del tempo diversi gruppi neandertaliani si siano spostati e diffusi, sostituendone altri.

Non avremo mai modo di vedere cosa realmente i Neanderthal facessero, ma grazie allo studio del DNA antico possiamo provare a ricostruirne non soltanto il patrimonio genetico, ma anche alcuni elementi relativi alla possibile struttura delle comunità nelle quali vivevano.

Ricostruire tenendo però a freno l’immaginazione

L’aspetto che mi affascina di più della genetica molecolare attuale è che, grazie al DNA antico, i Neanderthal non sono più soltanto forme umane del passato da ricostruire attraverso ossa e reperti archeologici, ma prendono progressivamente forma in modo sempre più chiaro, allontanandosi dalle prime rappresentazioni che li ritraevano come esseri primitivi, rozzi e quasi scimmieschi.

Questo è possibile anche grazie al fatto che una piccola parte della loro storia biologica continua a essere presente nel nostro DNA e che, grazie agli strumenti della genetica moderna, possiamo iniziare a leggerla con un livello di dettaglio impensabile fino a pochi anni fa.

Il confine tra la loro storia evolutiva e la nostra diventa così molto meno netto di quanto siamo abituati a immaginare, ma è proprio nell’immaginare che, come suggerisce Ludovic Slimak nel suo libro L’ultimo Neandertal, rischiamo di commettere gli errori più gravi, proiettando sui Neanderthal categorie e comportamenti propri in realtà di Homo sapiens.

La ricerca, del resto, procede proprio interrogando, decostruendo e dubitando, nella consapevolezza dell’immensità di ciò che ancora non conosciamo. I dati disponibili sono ormai numerosi, ma ogni ricostruzione resta inevitabilmente una riduzione di una storia molto più complessa. Prima però di trasformare queste nuove conoscenze in immagini troppo definite dei Neanderthal, vale quindi la pena seguire il suggerimento di Slimak e «sedersi un attimo a riflettere, prima di parlare».