De evolutie van de mens staat nooit stil

Genetica De ijle lucht van Tibet, de kou van de Poolstreken, de melk van het gehouden vee – de mens heeft zich steeds aangepast aan een nieuwe omgeving, een ander dieet. Evolutie houdt nooit op.

Inuit-jager in Nunavut, Canada.

De wereld is een wilde genentuin. Zo’n 60.000 jaar geleden zwierven mensen vanuit Afrika over de aarde uit. Ze vestigden zich in bergen, op koude toendra’s en aan tropische kusten. Overal waar sindsdien mensen leven, zijn nieuwe DNA-varianten opgebloeid. Het zijn genetisch aanpassingen aan lokale omgevingen of leefwijzes.

Genetici hebben inmiddels tientallen mutaties gevonden die uniek zijn voor een bepaald volk of gebied. Het tijdschrift Science zette deze adaptieve mutaties twee weken geleden op een rij.

Zo dragen Tibetanen genvarianten die voorkomen dat hun bloed in ijle berglucht stroperig wordt. De genen van Inuit zijn afgesteld op een dieet vol vis en vet. En sommige Afrikaanse volken hebben een genetische resistentie tegen malaria geëvolueerd.

Ook de opkomst van landbouw en veeteelt, vanaf zo’n 10.000 jaar geleden, is terug te zien in ons DNA. Overal waar mensen granen of rijst gingen verbouwen, breidde het aantal amylase-genen in het genenpakket uit. Gunstig. Amylase is het speekselenzym dat zetmeel afbreekt tot suikers. En dat volwassen Nederlanders zonder darmproblemen melk kunnen drinken is weer te danken aan een tolerantie voor melksuikers (lactose) die 9.000 jaar geleden bij herdersvolken in het Midden-Oosten is ontstaan.

Sleep of swipe over de wereldbol en klik op de iconen:

  
    
    
  
  

Europeanen kunnen melk drinken zónder diarree te krijgen dankzij een mutatie in het gen MCM6. De meeste mensen maken na hun babytijd geen melkverterend enzym meer aan (lactase), maar de door de mutatie blijft lactase levenslang actief.

Sommige Oost-Afrikanen en Saoedi’s kunnen melk verteren door veranderingen in het gen MCM6, net als Europeanen. De mutaties worden uitsluitend bij herdersvolken gevonden, zoals de Fulani.

Verschillende genveranderingen zorgen ervoor dat de Inuit van Alaska, Canada en Groenland de enorme hoeveelheid omega-3-vetzuren in hun dieet vol vis en vlees efficiënter afbreken.

Pygmeeënvolken in Centraal-Afrika dragen mutaties in genen die betrokken zijn bij de productie van groeihormoon. Het is onduidelijk of het voordelig is om klein te zijn of dat het een bijverschijnsel is van selectie op een andere eigenschap, zoals een scherp afgesteld immuunsysteem.

Noord-Europeanen worden steeds langer. Dat is voor een deel een genetisch effect. Er zijn honderden genen die lengte beïnvloeden. In Europa namen de varianten die samenhangen met een langer postuur de afgelopen 2.000 jaar toe.

In malariagebieden zijn verschillende mutaties voor die beschermen tegen malaria, meestal doordat ze hemoglobine (bloedeiwit) een andere vorm geven.

Afrikaanse tsetsevliegen kunnen trypanosomen overbrengen, parasieten die slaapziekte veroorzaken. Mutaties in het gen APOL1 beschermen tegen slaapziekte.

Tibetanen, Ethiopiërs en bewoners van de Andes dragen mutaties die zuurstoftransport efficiënter maken en de extra aanmaak van rode bloedcellen verhinderen. Dit voorkomt dat hun bloed te dik wordt.

De grond van Atacama-woestijn in Argentinië zit vol met het giftige arseen. De oorspronkelijke bewoners van Atacama dragen een mutatie waardoor hun lichaam arseen sneller afbreekt.

Verschillende genveranderingen geven Europeanen een lichtere huid. Die genvarianten namen de afgelopen 4.000 jaar in aantal toe.

Bevolkingsgroepen met veel zetmeel in hun dieet, doordat ze veel granen of knollen eten, hebben meer kopieën van het amylase-gen in hun genoom. Amylase is het speekselenzym dat zetmeel omzet in suikers.

Dragers van een mutatie in het gen EDAR hebben dikker haar, schoepvormige voortanden en meer zweetklieren. Het is nog onduidelijk welke van deze eigenschappen een voordeel geeft.

Bewoners van Samoa dragen een genvariant waardoor vetcellen meer vet opslaan. Vroeger nuttig, maar nu zijn veel Samoanen obees.

Bewoners van Siberië dragen verschillende mutaties die hen helpen overleven op de koude toendra. De gemuteerde genen zijn onder andere betrokken bij vetstofwisseling en het samentrekken van bloedvaten.

Al deze mutaties vormen het sterkste bewijs dat de mens altijd is blijven evolueren. Ook na de migratie Out of Africa, ook na de komst van de landbouw. De menselijke evolutie is nooit gestopt.

Wat opvalt aan het Sciencelijstje is dat de mutaties plaatsgebonden zijn. Het zijn aanpassingen aan een lokaal dieet, klimaat of ziekte. En meestal zijn het mutaties die direct ingrijpen in de vorming van eiwitten. Een vorig jaar ontdekte genmutatie bij de Atamaca in Argentinië laat bijvoorbeeld een leverenzym sneller giftig arseen afbreken.

Die mutaties zijn ooit toevallig ontstaan. Elke baby wordt geboren met dertig tot vijftig nieuwe mutaties. De meeste daarvan zijn onschuldige veranderingen van het DNA zonder grote gevolgen. Maar soms treft een mutatie een gen, en verandert daarmee de werking van een enzym of de activiteit van een gen.

allemaal

Zo’n mutatie kan goed of slecht uitpakken. Goed of slecht betekent in dit geval dat de mutatie meer of minder kans geeft op nageslacht. Misschien geeft het gemuteerde gen meer resistentie tegen een ziekte, waardoor mensen langer overleven en meer kinderen kunnen krijgen.

Voordelige mutaties zullen door die grotere kinderrijkdom uiteindelijk omhoog borrelen in een populatie. In de Atamaca-woestijn is de bodem vergiftigd met arseen. De selectiedruk op arseenresistentie is hoog. Maar als er vandaag in Hilvarenbeek een baby wordt geboren met een aangeboren arseenresistentie, zal zijn mutatie na verloop van tijd weer verdwijnen. De selectiedruk ontbreekt.

Grote opruiming

Een gen zal onder selectiedruk in de loop van generaties steeds talrijker worden in een populatie. Als na verloop van tijd nagenoeg alle oude versies van een gen verdwenen zijn ten gunste van een nieuwe versie, spreken genetici van een strong sweep: een grote opruiming.

De grootste genopruiming vond al vroeg in de evolutie van Homo sapiens plaats, lang voordat mensen Afrika verlieten. Alle moderne mensen hebben twee veranderingen in het evolutionair extreem stabiele FOXP2-gen. Die mutaties komen niet voor bij FOXP2-gen van chimpansees of andere dieren. FOXP2 heeft veel functies, maar het is in ieder geval betrokken bij de productie van spraak. Die twee mutaties van FOXP2 zijn echte jackpotmutaties: de selectie op deze variant van het gen is zo sterk dat mensen zónder mutaties in FOXP2 niet meer bestaan. FOXP2 is het ultieme voorbeeld van een strong sweep. Sporadische mutaties in FOXP2 veroorzaken nu ziekten. Mensen met een defecte kopie van FOXP2 hebben een gebrekkig taalbegrip en moeite met spreken, mogelijk doordat ze moeite hebben met fijne motoriek in de tongspier.

De strong sweeps geven een nieuw perspectief op menselijke evolutie. Wat we eten, waar we leven of wat ons ziekmaakt beïnvloedt onze levensloop soms zó sterk, dat nieuwe genen nodig zijn om te gedijen.

Maar het is duidelijk dat strong sweeps niet álle evolutionaire trends verklaren. Daarvoor zijn er te weinig, zijn ze te specifiek en te lokaal verspreid. Het zijn last-minute aanpassingen op een bestaand model. Grote ingrepen in maar een handvol genen.

Het grote probleem van strong sweeps dat zelfs extreem succesvolle mutaties zich relatief traag verspreiden. Een hypothetische supermutatie die 2 keer meer kans op nageslacht geeft die bij 10 procent van de bevolking voorkomt, zou na vijf generaties pas bij 40 procent voorkomen. De trage opmars blijkt ook uit de praktijk: tussen het ontstaan van lactosetolerantie (9.000 jaar geleden) en de wijde verspreiding van de mutatie (4.000 jaar geleden) zat 5.000 jaar.

Onder genetici leeft daarom al langer het idee dat de evolutie van de mens door méér wordt bepaald dan supermutaties. Ze zoeken naar de evolutionaire equivalent van een systeembrede update.

Cruciaal is dat veel eigenschappen niet door één gen worden bepaald, maar door enkele tot honderden. Huidskleur is zo’n veelgenige eigenschap. Ten minste elf genen zijn betrokken bij de productie van huidpigment. En van elk van die genen bestaan varianten, die leiden tot ietsje meer of minder pigment in de huid.

Minimutaties

Er zijn zelfs honderden minimutaties bekend die allemaal bij elkaar iemands lengte met hooguit centimeters beïnvloeden. Zulke eigenschappen worden polygenic genoemd: veelgenig.

Vorige week publiceerden genetici van de University of Stanford een artikel in Science waarin ze keken naar de evolutie van deze lengte-varianten. Ze telden verschuivingen van genen bij elkaar op en zagen dat in Noord-Europa genvarianten die mensen langer maken in opkomst zijn. Of, in andere woorden: Europeanen evolueren een langer postuur, doordat lange mensen gemiddeld meer kinderen grootbrengen dan korte. Het aandeel ‘lange genen’ stijgt daardoor.

De genetici signaleerden soortgelijke trends voor haarkleur, BMI bij mannen en heupomtrek bij vrouwen. Noord-Europeanen worden blanker en blonder. Europese mannen worden minder dik, terwijl vrouwen bredere heupen krijgen.

Het grote verschil tussen deze verschuivingen en strong sweeps, is dat het hier niet gaat om een kwestie van alles of niets. ‘Korte genen’ worden niet bijzonder streng afgestraft en ‘lange genen’ niet extreem beloond. Hier vindt geen massale opruiming plaats, maar een herverdeling van bestaande genetische variatie: een soft sweep.

Dit soort soft sweeps kunnen gek genoeg sneller tot verandering leiden dan strong sweeps. Niet élke genvariant hoeft tenslotte in álle individuen van een bevolking terecht te komen, zoals bij een klassieke strong sweep. Stanford-geneticus Jonathan Pritchard vermoedt dat morfologische veranderingen, dus veranderingen van vorm, goede voorbeelden zijn van snel evoluerende, veelgenige eigenschappen. Neem lengte. In Noord-Europa zijn mensen de afgelopen paar honderd jaar extreem veel langer geworden, met Nederlanders als kampioen.

Bijkomend voordeel is dat soft sweeps uit het recente verleden nog gedetecteerd kunnen worden. De Stanfordgenetici zagen de verschuivingen in lengte en huidskleur binnen de afgelopen 2.000 jaar terug, terwijl de gevolgen van strong sweeps pas na duizenden jaren zichtbaar zijn.

Met meer DNA-gegevens, waaronder die van historische en prehistorische mensen, kunnen genetici verder inzoomen op genetische verschuivingen van de laatste eeuwen of zelfs decennia. Welke eisen stelt de moderne samenleving aan ons genenpakket? Neemt de selectiedruk op intelligentie bijvoorbeeld toe of af?

Veel kleine mutaties zorgen dus voor grote verschuivingen. Het is niet die ene superverandering die een gen radicaal verandert. Samen brengen die kleine genen de grootste veranderingen teweeg.