Dokaz iz mitohondrijske DNK

Gore opisan scenarij naziva se hipotezom Afričke Eve ili

out-of-Africa replacement.

Prvi su je put objavili, između ostalih, istraživači Cann, Stoneking i Vigilant 80-ih god. 20. st. Svoje su zaključke osnivali na studijama mitohondrijske DNK. Veći dio DNK u ljudskim stanicama nalazi se u jezgri.

Ta nuklearna DNK je spoj DNK majke i oca. Spolne stanice muškaraca i žena sadrže pola DNK od svakog roditelja. S obzirom na to, kada se spermij oca spoji s jajašcem majke, oplođeno jajašce potomka sadrži potpunu DNK u jezgri, koja se razlikuje od DNK oca i majke. No, jajna stanica majke također sadrži male okrugle odjeljke (izvan jezgre), koji se nazivaju mitohondriji i sudjeluju u procesu proizvodnje stanične energije.

Prisutnost mitohondrija u eukariotskim stanicama predstavlja svojevrsnu zagonetku. U eukariotskim stanicama, DNK se nalazi na kromosomima izoliranima u staničnoj jezgri. Prokariotske stanice nemaju jezgru i molekule DNK jednostavno plutaju u staničnoj citoplazmi. Gotovo sve danas postojeće biljke i životinje su jedna eukariotska stanica, ili su sastavljene od više eukariotskih stanica. Samo su bakterije i modro-zelene alge prokarioti.

Evolucionisti nagađaju da su mitohondriji u današnjim stanicama ostaci prokariotskih stanica, koje su nasilno ušle u primitivne eukariotske stanice.

Ako je to točno, tada se to najvjerojatnije dogodilo veoma rano u evolucijskom procesu, kada su postojala samo jednostanićna bića. Iz toga proizlazi da sva živa bića sadrže slične mitohondrije. Međutim, mitohondrijska DNK u sisavcima: "... ne može se označiti prokariotskom ni eukariotskom."

Nadalje:

"[Mitohondrijski] genetski kod sisavaca razlikuje se od tzv. univerzalnog genetskog koda ... mitohondriji sisavaca veoma se razlikuju od mitohondrija ostalih vrsta. Naime, mitohondrij kvasca sadrži nešto drukčiji genetski kod i, osim toga, njegovi su geni rasprostranjeni veoma široko i različitim redoslijedom, a u nekim slučajevima nizovi im se međusobno križaju. S obzirom na te radikalne razlike, teško je izvući zaključke o mitohondrijskoj evoluciji." (Anderson i dr., 1981., str. 464). Drugim riječima, prisutnost različitih vrsta mitohondrija u različitim živim bićima pobija teoriju o evolucijskom podrijetlu.

No, vratimo se sada glavnoj točki rasprave. Kod sisavaca, mitohondriji u majčinom jajašcu imaju svoju DNK. Međutim, ta se mitohondrijska DNK ne spaja s očevom DNK. Prema tome, svi ljudi u svojim stanicama imaju samo mitohondrije majčine DNK. Mitohondrijska DNK u našim majkama potekla je od njihovih majki i tako unatrag. Istraživači Afričke Eve pretpostavljaju da su jedine promjene u mitohondrijskoj DNK one koje se gomilaju nasumičnim mutacijama. Proučavajući tijek, učestalost i omjer mutacije, znanstvenici vjeruju da se mogu poslužiti mitohondrijskom DNK kao svojevrsnim satom, tako da brojeve mutacija povezu s brojevima godina.

A, promatrajući mitohondrijske DNK različitih rasa ljudi u različitim dijelovima svijeta, vjeruju da mogu utvrditi koja je od njih matična skupina ostalima.

Znanstvenici vjeruju da se matična skupina, koja je neupitno i najstarija, može utvrditi kompjutorskim programima, koji svrstavaju populacijske skupine u tri razgranana obrasca. Među brojnim statističkim stablima koja se tako mogu izraditi, ono najkraće, s najmanjim brojem ogranaka naziva se 'stablom maksimalne ekonomičnosti', a istraživači vjeruju da je ono istovjetno stvarnim povijesnim vezama različitih populacijskih skupina na stablu. Pretpostavlja se da je grana koja tvori bazu stabla matična skupina.

Prema teoriji evolucije, ta bi skupina, osim što predstavlja bazu stabla, trebala imati najviše varijacija (tj. najviše mutacija) u svojoj mitohondrijskoj DNK, u odnosu na ostale populacijske skupine. Na temelju toga istraživači vjeruju da mogu utvrditi gdje je i kada postojala izvorišna (korijenska) populacija. Međutim, neki znanstvenici tvrde da sat nije dovoljno precizan, i da nam genski podatak sadržan u mitohondrijskoj DNK današnjih populacija, nedovoljno precizno govori o zemljopisnoj lokaciji prve ljudske populacije.

U jednome od izvornih izvješća o Afričkoj Evi (Cann i dr., 1987.), istraživači su analizirali mitohondrijsku DNK skupini suvremenih ljudi iz različitih područja svijeta. Analizirali su niz nukleotidnih baza otkrivenih u određenom dijelu mitohondrijske DNK svih pojedinaca, koji su bili predmetom istraživanja. Nakon toga su uz pomoć kompjutorskog programa poredali različite vrste nizova mitohondrijske DNK (takozvanih haplotipova) u stablo. Iz izvješća proizlazi da je korijen stabla maksimalne ekonomičnosti haplotipova afrička skupina. No, Templeton je istaknuo (1993., str. 52) da je Maddison (1991.) iznova provjerio podatke i ustanovio da je deset tisuća stabala kraće (tj. ekonomičnije) od stabla maksimalne ekonomičnosti, na koji su ukazali istraživači Afričke Eve. Mnoga su od tih stabala imala izmiješane afričko/azijske korijene. Analizirajući drugo izvješće o Afričkoj Evi (Vigilant i dr., 1991.), Templeton je utvrdio (1992.) da je 1000 stabala za dva stupnja kraće od onoga na koje su ukazali ti istraživači, koji su tvrdili da je riječ o stablu maksimalne ekonomičnosti. Preostalih tisuću ekonomičnih stabala koje je otkrio Templeton u svojoj studiji iz 1992., nisu imali afričke korijene (Templeton, 1993., str. 53). To je dosljedno izvješćima iz drevnih indijskih sanskrtskih rukopisa, koji prve ljudske populacije na ovome planetu smještaju u područje između Himalaja i Kaspijskog jezera.

Što je uzrok takvim razlikama u rezultatima? Razmatrajući drugo izvješće o Afričkoj Evi, Templeton je objasnio (1993., str. 52): "Kompjutorski programi... ne mogu jamčiti da će stablo maksimalne ekonomičnosti biti otkriveno primjenom tako velikih nizova podataka, jer je zemljopisni prostor suviše velik da bi se mogao opsežno istražiti. Naprimjer, za 147 haplotipova koje navode Stoneking, Bhatija i Wilson (1986.), postoji 1,68 x 10

294 mogućih stabala. Otkriće niza maksimalne ekonomičnosti među tim brojnim mogućnostima nije beznačajno." Kompjutorski programi obično selektiraju stablo maksimalne ekonomičnosti samo u odnosu na podniz ukupnog broja mogućih stabala. Odabir podniza stabala ovisi o redoslijedu unošenja podataka u računalo. Da bi se spriječio taj problem, neophodno je pojedinačno unositi podatke u računalo većim brojem pokušaja.

Kada je to učinjeno dovoljno puta, s ciljem otkrivanja stabla maksimalne ekonomičnosti za različite lokalne podnizove podataka, neophodno je ta stabla usporediti i iz toga izvesti zaključak. To nije učinjeno u prvim studijama Afričke Eve (kompjutorski program je pokrenut samo jednom), radi čega zaključci nisu pouzdani. Osim toga, čak ni tehnika pojedinačnog unošenja podataka ne rješava u potpunosti taj problem (Templeton 1993., str. 53). To, dakle, znači da na temelju danas dostupnih genskih podataka zapravo nije moguće nepobitno utvrditi zajedničko zemljopisno podrijetlo raštrkanih ljudskih populacija.

Osim predstavljanja netočnih zaključaka o stablima maksimalne ekonomičnosti s afričkim korijenom, istraživači Afričke Eve Cann i dr., 1987.; Vigilant i dr., 1991.) iznijeli su i varljive tvrdnje o razini različitosti mitohondrijske DNK u različitim populacijama. Pretpostavili su da se mutacije odvijaju nekim utvrđenim tijekom, radi čega su populacije s najvećim unutarnjim različitostima, u odnosu prema drugima, zacijelo najstarije. No, budući da afričke populacije imaju više unutarnjih razlika od azijskih i europskih, istraživači su zaključili da su te populacije najstarije. No, Templeton je primijetio (1993., str. 56): "... to nije potvrđeno nikakvim statističkim analizama." On je istaknuo da rezultati statističkih analiza ne pokazuju značajan stupanj različitosti mitohondrijske DNK Afrikanaca, Europljana i Azijaca (Templeton, 1993., str. 57). Kako je napisao: "Prividno veća različitost Afrikanaca rezultat je primjene neodgovarajućeg broja statističkih podataka za zaključivanje o ... procesima koji su doveli do nastanka današnjih ljudskih populacija. Ukratko, dokaz zemljopisnog podrijetla je neodređen ... nijedan podatak o mitohondrijskoj DNK statistički značajno ne potvrđuje afričko podrijetlo." (Templeton, 1993., str. 57).

Razmotrimo sada datiranja starosti anatomski suvremenih ljudi, koja su predložili prvi teoretičari Afričke Eve. Oni su pokušali izračunati koliko je trajala akumulacija različitosti promatranih mitohondrijskih DNK u današnjim ljudskim populacijama, i to na temelju brzine i učestalosti mutacije.

To se razdoblje naziva 'vremenom srašćivanja', odnosno vremenom u kojemu se niz različitosti svih mitohondrijskih DNK u današnjim ljudskim populacijama srašćuje u jedan prethodni niz mitohondrijske DNK, kao izvora danas postojećih različitosti. Jedna skupina istraživača (Stoneking i dr., 1986.), na temelju

intraspecific izračunavanja molekularnog sata, utvrdila je da je Eva stara 200.000 godina, u okviru od 140.000 do 290.000 godina. Intraspecific znači da su izračunavanja osnivali samo na učestalosti mutacija današnjih ljudskih populacija. Druga je skupina (Viglant i dr., 1991.), primjenom tog izračunavanja, također utvrdila da je Eva stara 200.000 godina, no u vremenskom okviru od 166.000 do 249.000 godina.

Intraspecific

znači da su svoja izračunavanja osnivali na pretpostavljenom razdoblju kada se ljudska linija odvojila od linije čimpanzi.

Razmotrimo prije svega izvješće istraživača koji su polazili od takvog izračunavanja učestalosti mutacije (Vigilant i dr., 1991.). Oni su kao polaznu točku navodnog odvajanja ljudske linije od linije čimpanze uzeli razdoblje prije 4 ili 6 milijuna godina. Ta razdoblja odvajanja, primijenjena u izračunavanjima koja uzimaju u obzir statističku nepreciznost, rezultiraju datiranjem razdoblja srašćivanja ljudske mitohondrijske DNK, koja se, prema tome, dogodila prije 170.000 i 256.000 godina (Templeton, 1993., str. 58). No, Gingerich je procijenio (1985.) da su se ljudi i čimpanze odvojili prije 9,2 milijuna godina. Omjer mijenjanja, koji se osniva na tom podatku, znatno bi mogao povećati razdoblje srašćivanja raznolikosti suvremene mitohondrijske DNK, što bi značilo da se ono dogodilo prije čak 554.000 godina (Templeton, 1993., str. 58-59). Nadalje, Lovejoy i njegovi suradnici istaknuli su (1993.) da su Vigilant i dr. (1991.) učinili matematičku pogrešku (primijenili su pogrešnu prijelaznu transverziju), koja, ispravljena, rezultira datiranjem koja Evi pridaje starost od najmanje 1,3 milijuna godina (Frayer i dr., 1993., str. 40).

Jasno je da je opisan 'molekularni sat' iznimno nepouzdan jer se osniva na evolucijskim nagađanjima. Naime, nije uopće sigurno da su ljudi i čimpanze imali zajedničkog pretka kakvog predlažu darvinistički evolucionisti.

I, kako smo vidjeli, čak i da prihvatimo tu pretpostavku, nije sigurno kada su se točno odvojili od tog zajedničkog pretka, što nas vodi do različitih vrijednosti učestalosti mutacija i različitih procjena razdoblja srašćivanja raznolikosti suvremene mitohondrijske DNK.

Razmotrimo sada zaključke istraživača koji su polazili od

intraspecific izračunavanja - tj. omjera gomilanja mutacija u ljudima, bez ukazivanja na pretpostavljeno razdoblje odvajanja čimpanzi i ljudi. Templeton je istaknuo da takva metoda previđa nekoliko 'izvora pogrešaka i nepouzdanosti'.

Naime, mutacije se u stvarnosti ne gomilaju nekim stalnim objektivnim tokom. Učestalost mutacije je stohastički proces * s Poissonovom distribu-

* stohastički - koji nije siguran, koji je više ili manje slučajan; stohastički proces - slijed

stanja nekog sustava koji se u vremenu mijenja ovisno o slučaju, pri čemu je određena

vjerojatnost pojedinog toka promjena; slučajni proces; vjerojatnosni proces

cijom. Poissonova distribucija, koja je dobila ime po francuskom matematičaru S. D. Poissonu, primjenjuje se u izračunavanju vjerojatnosti pojavljivanja slučajnosti (kao što su tiskarske pogreške ili mutacije u DNK). "S obzirom na to", kaže Templeton (1993., str. 57), "iznimno je bitno imati na umu da čitava ljudska vrsta predstavlja samo jedan primjerak procesa srašćivanja, koji se odvija u trenutnom nizu varijacija mitohondrijske DNA.

Prema tome, čak i da je utvrđen slijed svih ljudskih mitohondrijskih DNK, da je kalibracijski omjer precizno utvrđen i da molekularni sat funkcionira identično idealnom Poissonovu procesu, i dalje ne bismo mogli točno utvrditi vrijeme srašćivanja ... prema tome, stohastičnost postavlja prirođenu prepreku preciznom procjenjivanju starosti, koja se nikada ne može posve prevladati većim uzorcima, povećanom genskom rezolucijom ili preciznijim omjerom kalibracije."

Stoneking i njegovi suautori studije iz 1986.. priznali su problem stohastičnosti, no, kako kaže Templeton, nisu poduzeli odgovarajuće mjere da ga objasne. Naime, procijenili su da različitost uzoraka mitohondrijske DNK u ljudskim populacijama, koje su proučavah, iznosi od 2 do 4%. Koliko su se te različitosti dugo gomilale? Stoneking i suradnici izračunali su da je ta akumulacija trajala oko 200.000 godina. No, Templeton je ustanovio da se ispravnim uzimanjem u obzir vjerojatnosnih učinaka stiže do rezultata od 290.000 godina. Potom je istaknuo (1993., str. 58): "... stvarne kalibracijske točke u njihovu radu upućuju na petorostruki omjer (1,8% do 9,3%), dok je u radovima taj omjer još veći (1,4% do 9,3%)." Takvi omjeri upućuju na to da se vrijeme srašćivanja dogodilo prije najmanje 33.000 do najviše 675.000 godina.

Teoretičari Afričke Eve, između ostalih, vjeruju da mitohondrijska DNK nije podložna prirodnoj selekciji. Iz toga su zaključili da je jedini čimbenik, koji utječe na razlike u nizovima mitohondrijske DNK u različitim populacijama, akumulacija sporadičnih mutacija nekim utvrđenim slijedom.

Ako je to točno, tada se molekularni sat pokreće istom brzinom u različitim populacijama. Ali, ako prirodna selekcija utječe na različitosti DNK u različitim populacijama, to bi poremetilo sat. Naime, ako prirodna selekcija u jednoj populaciji eliminira neke mutacije, ta bi populacija prividno izgledala mlađom nego što uistinu jest. Ako se takve stvari doista događaju, ne postoje nikakve čvrste osnove za pripisivanje apsolutnih brojeva godina određenom stupnju varijacije, kao ni za izvođenje relativnih procjena starosti različitih populacija. Postoje neki dokazi da prirodna selekcija doista djeluje na mitohondrijsku DNK. Naprimjer, Templeton ističe (1993..str. 59) da postoji razlika u stupnju varijacije u kodiranju bjelančevina i nekodirajućih područja mitohondrijske DNK u određenim populacijama.

To se ne bi dogodilo u slučaju neutralne učestalosti mutacije. Učestalost mutacije bila bi ista u kodirajućim i nekodirajućim dijelovima mitohondrijske DNK. Drugi istraživači stigli su do sličnih zaključaka (Frayer i dr., 1993., str. 39-40): "Svi molekularni satovi iziskuju evolucijsku neutralnost, neophodnu za postojanost učestalosti promjene. No, daljnja istraživanja mitohondrijske DNK rezultirala su obiljem dokaza o utjecaju odabira na mitohondrijsku DNK. Naime, studije Fosa i suradnika (1990.), MacRaea i Andersona (1988.), Palce (1990.), Wallacea (1992.) i drugih, jasno su pokazale da mitohondrijska DNK nije neutralna, već da je pod snažnim utjecajem odabira ... mitohondrijska DNK slab je mehanizam za pokretanje molekularnog sata."

Frayer i njegovi suautori (1993., str. 40) također tvrde: "Budući da nasumična mitohondrijska DNK ne uspijeva odstraniti dokaze o brojnim različitostima iz prošlosti, nepoznati i nepredvidljivi čimbenici mijenjaju stabla izrađena sa svrhom da povežu postojeće populacije. Svako od tih nevidljivih različitosti genska je promjena, koja nije bila uzeta u obzir kada se uz pomoć broja mutacija pokušalo utvrditi prije koliko je godina živjela Eva. Budući da na te promjene utječu kolebanja u veličini populacije,i točan broj neizračunatih mutacija ovisi o osobitim pojedinostima procesa odstranjivanja suvišnog, osim ukoliko nije poznata čitava povijest populacije, nemoguće je kalibrirati (i neprestano rekalibrirati) rad sata. S obzirom da svaka populacija ima svoju demografsku povijest (s obzirom na sporadične slučajeve gubitka), samo taj čimbenik obeskrepljuje primjenu varijacije mitohondrijske DNK za 'mjerenje vremena trajanja' prošlih događaja."

(Thorne i Wolpoff, 1992.).

Činjenicu da se upravo to i događa, potvrđuje otkriće fosila anatomski suvremenog čovjeka u jezeru Mungo u Australiji, koji je star 62.000 godina i ima mitohondrijsku DNK koja se znatno razlikuje od svih poznatih DNK suvremenih ljudi (Bower, 2001.). To pokazuje da su linije mithondrijske DNK, ustvari, bile izgubljene, što navodi na propitkivanje preciznosti molekularnog sata mitohondrijske DNK.

I drugi čimbenici utječu na razlikovanja u mitohondrijskoj DNK u današnjim ljudskim populacijama, u različitim područjima svijeta, koji mogu pobiti preciznost sata mitohondrijske DNK. Jedan od tih čimbenika je rast populacije. Ako populacija u jednom području raste brže nego u drugom,to može prouzročiti veću različitost u toj populaciji. Ali različitost ne pokazuje da je ta populacija nužno starija od (i, prema tome, izvorište) drugih populacija u drugim područjima. Isto tako, različitost zamijećena u različitim populacijama ne mora upućivati na seobu populacije iz jednog područja u drugo, već na 'seobu' gena kroz populaciju koja je već rasprostranjena na širokom području. A to ne iscrpljuje moguće uzroke različitosti mitohondrijske DNK u različitim ljudskim populacijama. Templeton to ukratko objašnjava (1993., str. 59): "Različitost u jednom području ne odražava nužno starost populacije određenog područja, koliko ukazuje na vrijeme kada se posljednja povoljna mutacija pojavila u populaciji, na demografsku povijest populacije, njezino uvećanje, opseg kolanja gena u drugim populacijama, itd." Općenito, ti čimbenici pridonose smanjivanju procjena starosti ljudske vrste (Templeton, 1993., str. 60).

Napredne statističke metode dopuštaju znanstvenicima da u izvjesnom stupnju razluče različite moguće modele nastanka raznolikosti u mitohondrijskoj DNK ljudskih populacija (kao što su modeli zemljopisne raširenosti i modeli kolanja gena). Primijenivši takve metode na varijaciju ljudske mitohondrijske DNK, Templeton nije otkrio dokaz masovne seobe iz Afrike, koja je rezultirala potiskivanjem svih drugih populacija hominida.

Rekao je (1993., str. 65): "Neuspjeh primijenjene metode zemljopisne analize da otkrije širenje populacije izvan Afrike, ne može se pripisati nejednakim veličinama uzoraka ili niskoj genskoj rezoluciji ... Prema tome, zemljopisne veze mitohondrijske DNK statistički znatno odudaraju od pretpostavke potiskivanja populacija, koje je uslijedilo nakon seobe iz Afrike."

Templeton je zaključio (1993., str. 70): "1.) da je dokaz zemljopisnoj lokaciji zajedničkog mitohondrijskog pretka neodređen, 2.) razdoblje u kojemu je postojao zajednički mitohondrijski predak izrazito je neodređeno, no moguće je da je postojao prije mnogo više od 200.000 godina."