L’eredità di nonno Ciccillo

di Alessandra Maria Adelaide Chiotto
Editor: Federico Forneris
Revisori Esperti: Matteo Belvedere, Chiara Bresciani
Revisori Naive: Elisa Camozzi
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Per molto tempo si è pensato che l’uomo di Neandertal e l’Homo Sapiens non avessero nulla in comune, se non l’aver vissuto negli stessi luoghi per un discreto arco di tempo. Con il sequenziamento del genoma umano e i passi avanti in questa tecnologia anche il DNA dell’uomo di Neandertal è stato decodificato a partire da reperti fossili. L’allineamento del genoma di Homo Sapiens con quello dell’Homo Neanderthalensis ha portato alla luce dati molto interessanti. All’interno del genoma dei Sapiens è presente una percentuale variabile di DNA di origine Neandertaliana. Questa presenza “arcaica”, si manifesta con una serie di conseguenze funzionali su diversi aspetti biologici, tra cui la risposta ai patogeni, la coagulazione del sangue e la regolazione del metabolismo.

La natura di Homo Neanderthalensis è stata per anni molto dibattuta. Si è pensato per lungo tempo  che fosse una sottospecie di Homo Sapiens, una creatura non molto lontana dalle scimmie o addirittura (la versione più divertente) fosse un “soldato cosacco rachitico”. Fu poi William King nel 1864 ad identificare i reperti fossili come appartenenti ad una nuova specie e a dargli il nome di Homo Neanderthalensis, dal sito tedesco di Neander dove fu scoperto uno dei primi fossili.

In Europa sono stati individuati numerosi insediamenti Neandertaliani: in Spagna, in Francia e anche in Italia. La nostra penisola è davvero costellata di siti che un tempo furono abitati da questi nostri lontani “cugini”. Parliamo, ad esempio, del sito della “Ciota Ciara” in Piemonte, della grotta dei Balzi Rossi in Liguria, della Grotta Guattari al Monte Circeo e della zona di Altamura dove visse il famoso “Ciccillo”.

Avremmo potuto incontrare l’uomo di Neandertal in questi luoghi all’incirca tra i duecentomila e i trentamila anni fa, non solo in Europa, ma anche in Medio Oriente e in Asia. Le cause che portarono alla sua estinzione non sono ancora state chiarite con precisione;  tuttavia la maggior parte dei ricercatori, oggi, concorda sul fatto che la motivazione non sia stata una sola, quanto più una serie di diversi eventi, tra cui le mutazioni climatiche e l’arrivo dell’uomo anatomicamente moderno (noi!), che sommati ad un già  basso numero di individui, hanno portato alla sua definitiva estinzione. Poco probabile e non supportata da tracce fossili, l’ipotesi di un genocidio di massa ad opera dei Sapiens.

Quindi, a parte i reperti ossei, i manufatti litici (di pietra) e alcuni resti di ornamenti, cosa ci è rimasto dell’uomo di Neandertal? Forse più di quanto ci aspetteremmo… I Neandertal vivono in tutti noi!

All’interno del nostro DNA è presente infatti una percentuale variabile di geni di origine Neandertaliana. Come facciamo a saperlo? Il professor Svante Pääbo, direttore dell’Istituto Max Planck di Biologia Evoluzionistica di Lipsia, in Germania, è uno dei padri fondatori della paleogenetica, la disciplina che studia il DNA antico. Se le condizioni di conservazione lo permettono, partendo dalle ossa o dalla polpa dentale è infatti possibile isolare frammenti di DNA e ricostruire (almeno in parte) il genoma dell’individuo estinto. Nel 1997 e nel 2006 insieme al suo team, il Prof. Pääbo ha pubblicato per la prima volta la sequenza mitocondriale e la sequenza nucleare del genoma dell’uomo di Neandertal.

Allineando la sequenza del genoma Neandertaliano con quella dell’Homo Sapiens, è stato possibile isolare  le regioni genomiche in comune oppure specifiche per le singole specie. Nelle popolazioni di origine europea la  percentuale di DNA di origine Neandertaliana si aggira intorno al 2% del genoma totale, mentre aumenta nelle popolazioni dell’Asia orientale. Ogni individuo porta con sé frammenti diversi di questo genoma antico: se sommassimo tutti i pezzetti presenti in ognuno di noi arriveremmo a coprire quasi il 20% del genoma Neandertal totale.

Figura 1 - Schema che descrive le procedure di estrazione e caratterizzazione del DNA antico

Figura 1 – Schema che descrive le procedure di estrazione e caratterizzazione del DNA antico

Come mai? In base ai dati molecolari e paleontologici, intorno ai cinquantamila anni fa, in Medio Oriente, uomini e donne anatomicamente diversi e probabilmente mai visti prima, hanno dato alla luce dei veri e propri “ibridi” interspecie, e nello specifico hanno dato vita a bambini da madri Sapiens e padri Neandertal. Dobbiamo infatti ricordarci che all’interno della cellula, il DNA è presente sia nel nucleo sia all’interno dei mitocondri (mtDNA). Il genoma mitocondriale è di derivazione esclusivamente materna, in quanto è la cellula uovo a fornire i mitocondri all’embrione in sviluppo. I dati ottenuti dal sequenziamento del DNA hanno dimostrato come negli uomini moderni non vi sia traccia di mtDNA di origine Neandertaliana. Individui generati da madri Neandertal e padri Sapiens non erano quindi vitali? Oppure questi ibridi non erano a loro volta fertili? Il dibattito è ancora in corso.

Quali  aspetti della nostra vita e della nostra salute sono ancora influenzati da questa eredità antica? Negli ultimi anni diversi lavori si sono concentrati proprio su questo aspetto. L’analisi 1Simonti et al, “The phenotypic legacy of admixture between modern humans and Neandertals”, Science (2016) di ben 28.416 individui di origine europea ha evidenziato che la presenza di alcuni polimorfismi di origine Neandertaliana sia associata ad un aumentato rischio di depressione, disturbi dell’umore, infarto del miocardio, cheratosi attinica, ipercoagulazione e obesità. Ad esempio, è stato visto che soggetti portatori di varianti arcaiche dei Toll Like Receptors 1-6-10 (geni importanti per il riconoscimento dei patogeni) siano molto più proni ad allergie, ma al contempo presentino un rischio minore di contrarre l’helicobacter pylori (la fonte principale della gastrite e di problemi digestivi)  rispetto al resto della popolazione. Calcoli statistici hanno dimostrato come l’alta frequenza di questo tipo di alleli non sia legata ad un assortimento casuale, ma bensì sia legata ad un processo di selezione positiva. Questo significa che essere portatori di questo allele garantiva un vantaggio sul resto della popolazione, cioè una maggiore risposta a patogeni potenzialmente mortali. Questo aumentava dunque la possibilità di sopravvivenza dei soggetti portatori, fissando l’allele nella popolazione e portandolo fino a noi.

Non solo la risposta alle infezioni, ma anche uno specifico tipo di metabolismo dei lipidi (più precisamente il loro catabolismo) è dovuto alla presenza di alleli Neandertaliani. Anche in questo caso la frequenza con cui si presentano è più alta di quella dovuta solamente al caso: siamo anche qui in presenza di selezione positiva degli alleli. In questo caso è stato visto che le varianti arcaiche hanno un effetto diretto sulla concentrazione dei lipidi a livello del cervello. Tuttavia, sebbene le popolazioni asiatiche presentino, in media, percentuali di genoma Neandertal più alte rispetto a quelle europee, l’effetto sul catabolismo dei lipidi è presente solo in questo ultimo gruppo. Ciò ci suggerisce che i geni Neandertaliani abbiano fornito un vantaggio selettivo a chi in quel momento viveva in Europa. Siamo quindi di fronte ad un caso di [introgressione] specifica a carattere regionale, che complica ancora di più il puzzle evolutivo 2Khrameeva et al, “Neanderthal ancestry drives evolution of lipid catabolism in contemporary Europeans”, Nat Comms (2014).

Ancora più curiosa è una specificità cromosomica e tissutale: non tutto il genoma presenta lo stesso livello di varianti Neandertaliane. Il cromosoma X e il cromosoma 7 rappresentano quasi dei “deserti” di varianti arcaiche. In particolare, il cromosoma X contiene ben 5 volte in meno alleli Neandertal rispetto al resto del genoma. In più, sia il cervello sia i testicoli presentano una bassissima espressione di varianti arcaiche rispetto agli altri tessuti. Un gene che presenta una bassissima frequenza di varianti Neandertaliane è DNALI1, che codifica per una proteina importante per il movimento degli spermatozoi. Si può supporre che l’espressione della variante Neandertal di questa proteina non favorisse il movimento degli spermatozoi e che sia stata quindi sottoposta a [selezione negativa] nella nostra specie 3McCoy et al, “Impacts of Neanderthal-Introgressed Sequences on the Landscape of Human Gene Expression” Cell (2017).

Quindi l’unico “donatore”di DNA nei confronti dell’uomo moderno è stato l’uomo di Neandertal? No. Nel 2010 è stato trovato un piccolo frammento di falange all’interno di una caverna in Siberia. Il DNA estratto dalla falange ha mostrato come l’osso appartenesse ad una nuova specie, distinta da quelle conosciute: benvenuto uomo di Denisova! Piccolo osso, ma grande contributo in termini di geni: popolazioni del sud est asiatico, della melanesia e gli aborigeni australiani possiedono quantità molto alte di DNA denisoviano. Un esempio lampante del ruolo degli alleli denisoviani ci arriva dai tibetani. Circa l’80% dei tibetani analizzati presenta la variante denisoviana del gene EPAS1: la proteina codificata da questa variante comporta un maggior adattamento alle alte altitudini. Ci troviamo nuovamente di fronte ad una selezione positiva dell’allele in quanto i portatori risultano in qualche modo favoriti rispetto agli altri 4Racimo et al, “Evidence for archaic adaptive introgression in humans”, Nat Rev Genetics (2015).

Anche l’Homo Sapiens però ha dato il suo contributo dal punto di vista genetico. Il DNA estratto da reperti trovati in Germania, all’interno della Hohlenstein Stadel Cave, ha dimostrato come Neandertal “recenti” avessero un DNA mitocondriale più simile a quello dell’Homo Sapiens rispetto ad altri Neandertal più antichi 5Posth et al, “Deeply divergent archaic mitochondrial genome provides lower time boundary for African gene flow into Neanderthals”, Nat Comms (2017). Una delle possibili spiegazioni è che vi siano stati ulteriori scambi di materiale genetico tra Neandertal e  Sapiens  in tempi più recenti rispetto ai primi eventi citati in precedenza.

A distanza di pochi anni dal sequenziamento del genoma dell’uomo di Neandertal, abbiamo già ottenuto davvero un grandissimo numero di informazioni su chi fosse, su quale fosse il suo aspetto e su quali fossero le sue abitudini. Se le cose fossero andate diversamente? Se fosse stato l’Homo Sapiens ad estinguersi? Non sapremo mai cosa sarebbe successo, ma sicuramente la complessità dei dati ad oggi raccolti suggerisce che le nostre vite non sarebbero quelle che conosciamo e che il nostro lungo viaggio evolutivo non sarebbe stato lo stesso senza l’uomo di Neandertal.

Info sui Revisori di questo articolo

Matteo Belvedere è esperto di icnologia (studio delle orme), con compentenze paleontologiche, stratigrafiche, sedimentologiche e gelogiche e lavora presso Museum für Naturkunde Berlin (DE)

Chiara Bresciani è PhD student in antropologia culturale presso Cairns Institute,James Cook University (Australia), e Aarhus University (Danimarca)

Elisa Camozzi è laureata in Fisica e in Filosofia, attualmente lavora in Micron Technology (IT).

About the Author

Alessandra Maria Adelaide Chiotto
Alessandra Maria Adelaide Chiotto
Alessandra Maria Adelaide Chiotto ha conseguito la laurea in Biotecnologie Molecolari nel 2013 presso l’Università degli Studi di Torino. Dal 2014 è dottoranda in Medicina Molecolare prima presso il Centro di Biotecnologie Molecolari di Torino, successivamente presso l’Istituto Di Neuroscienze Cavalieri Ottolenghi di Orbassano (To). Si occupa fin dalla tesi dello sviluppo del Sistema Nervoso Centrale, in particolare nel caso della sindrome di Down. I suoi studi sono dedicati agli aspetti biomolecolari alla base del differenziamento dei neuroni e dello sviluppo della corteccia cerebrale. Nel tempo libero è interessata all’evoluzione umana, nello specifico agli aspetti molecolari che ne derivano, soprattutto alla luce dei dati di sequenziamento del genoma antico. Ha frequentato corsi di paleoantropologia e ha partecipato anche a scavi in caverne abitate dall’uomo di Neandertal. foto (ph. Credit Barbara Magnani)

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