Mysterieuze Denisovamens herrijst (niet) uit DNA

David Gokhman en Liram Carmel van de Amerikaanse Stanford University reconstrueerden het uiterlijk van de Denisovamens met een DNA-monster uit een fossiel vingerkootje.  beeld Nature, Maayan Harel
4

Vrijwel alle media berichtten er vorige maand over: een groep wetenschappers was erin geslaagd het uiterlijk van een uitgestorven prehistorische mens te reconstrueren. Het ging om de Denisovamens, een tijdgenoot van de neanderthaler.

Is dat nu zo bijzonder; zulke reconstructies komen toch geregeld in de media? Opmerkelijk genoeg was deze reconstructie niet gemaakt op basis van botten of een schedel. Het uiterlijk van de Denisovamens werd gereconstrueerd uit een DNA-monster, dat uit een fossiel vingerkootje van een pink was geïsoleerd, zo blijkt uit de publicatie in vaktijdschrift Cell.

Het team onder leiding van de Israëlische wetenschappers David Gokhman en Liran Carmel van de Hebreeuwse Universiteit in Jeruzalem beschrijft in het artikel hoe het skelet van de Denisovamens er op 56 kenmerkende punten uit moeten hebben gezien. Dat gaat dan van de dikte van hun tandglazuur tot de omvang van de ribbenkast. De Volkskrant beschreef het als een „sciencefictionachtige herrijzenis van een geheimzinnige oermens.”

De vraag is echter of de wetenschap in staat is om het uiterlijk van uitgestorven oermensen te achterhalen op basis van DNA-sequenties – de volgorde van de DNA-letters. Is hier mogelijk sprake van een overdreven vertrouwen in de wetenschap dat door de seculiere media gretig wordt bevestigd?

In het DNA van een vingerkootje zijn andere genen aan- of uitgezet dan in een schedel. Op de foto: het bewuste vingerkootje.  beeld Wikimedia, Thilo Parg

Analyseren

De wetenschappers die dergelijk onderzoek uitvoeren zijn bio-informatici. Ze gebruiken computers om de grote hoeveelheden biologische gegevens te analyseren. Daarbij maken ze gebruik van statistiek om bepaalde vragen te beantwoorden. Dat is nodig omdat de hoeveelheid genetische informatie van organismen enorm is.

De genetische informatie van elk mens bestaat uit 6 miljard bouwstenen, opgeslagen in 46 chromosomen. Een klein deel daarvan, ongeveer 2 procent, draagt de informatie voor de onderdelen en werktuigen die de cellen bouwen en laten functioneren. Het zijn de genen die coderen voor eiwitten.

Het overgrote deel van de genetische informatie op het DNA fungeert echter als besturingssysteem. Net als bij een computer moeten de programma’s in het DNA worden aan- en uitgezet. Elke cel heeft zijn eigen eiwitten nodig en de hoeveelheid ervan moet heel precies worden gedoseerd. Het zou funest zijn als eiwitten willekeurig zouden worden aangemaakt. Vandaar dat het grootste deel van het genoom zich bezighoudt met regelwerkzaamheden. Dit aan- en uitzetten van genetische informatie bepaalt hoe een organisme eruitziet.

De rol van bio-informatici beperkt zich niet tot het uitlezen en interpreteren van DNA. Ze repareren het onvolledige DNA uit de botten en plaatsen het in een biologische context, want het DNA van oermensen bestaat uit fragmenten waarvan veel van de oorspronkelijke informatie verloren is gegaan.

Het DNA in botten heeft een gemeten halfwaardetijd van ongeveer 600 jaar: na 600 jaar is de helft van het DNA verdwenen. Het verandert na het intreden van de dood op heel specifieke plaatsen en hiervoor moet gecorrigeerd worden. Met statistische en andere methoden wordt geprobeerd de oorspronkelijke volgorde van de DNA-letters te achterhalen. De stukjes DNA die uit de Denisovamens werden gehaald ondergingen deze hele reparatie- en interpretatiemethode. Dit gerepareerde DNA werd vervolgens gebruikt om het uiterlijk van deze oermens te reconstrueren. Ook hierbij moeten bio-informatici oppassen, want ook dan spelen statistiek en interpretatie een grote rol.

In de Denisovagrot in het Siberische Altaigebergte zijn vanaf 2010 drie tanden, een vingerkootje, een teenbotje en een stuk kaak gevonden. beeld Wikimedia, Demin Alexey Barnaul

Besturingsprogramma

Elke cel van het lichaam bezit hetzelfde aantal genen. Dat zijn er ongeveer 40.000, waarvan iets meer dan de helft voor eiwitten codeert. Maar wat moet je met al die genen, als je ze niet op de juiste plaats en juiste moment tot expressie kunt brengen? Een gen is pas zinvol als het zijn functie uitvoert op precies de juiste plaats, op precies het juiste moment, en in precies de juiste mate.

Per celtype zijn misschien maar een paar duizend genen echt nodig. Wat doet de cel dan met de rest? Die schakelt hij uit. In de cel gebeurt dat door zogeheten epigenetische instructies. Deze instructies beïnvloeden de volgorde van de DNA-letters van de genen zelf niet, maar maken sommige delen van het DNA ontoegankelijk. Zulke epigenetische instructies worden door de biowetenschappers DNA-methylaties genoemd. In het menselijk DNA zijn 26 miljoen plekken bekend waar zulke methylaties kunnen worden uitgevoerd (zie ”Aan- en uitzetten van DNA”).

Het methylatiepatroon in een vingerkootje is anders dan dat in een schedel. Wat zeggen methylatiepatronen uit een fossiel vingerkootje dan over de vorm van de schedel? Gokhman en Carmel beweren dat zij voor 34 kenmerken van de schedel specifieke informatie hebben. Ze baseren die op een onlinedatabase die alle informatie bevat over gemuteerde genen en hoe die bij de mens botafwijkingen veroorzaken. Het blijft de vraag hoe ze zo met zekerheid iets kunnen zeggen over het uiterlijk van de Denisovamens.

Zeker is dat wetenschappers op dit moment grote moeite hebben om epigenomen –waarin aan- en uitgeschakelde stukjes DNA een rol spelen– van moderne organismen te interpreteren. Zelfs van organismen waarvan we het hele epigenoom kennen kunnen we het uiterlijk niet voorspellen. De biologische betekenis van de epigenetische verschillen tussen uitgestorven mensen en moderne mensen achterhalen, is dus nog veel moeilijker. Daarbij komt dat er methylgroepen verdwijnen nadat het organisme is gestorven. Dat proberen de bio-informatici met statistische methoden te corrigeren.

Met de huidige kennis van het genoom is het dus onmogelijk om aan de hand van de door Gokhman en Carmel gevonden methylaties iets zinvols te zeggen over het uiterlijk van de Denisovamens. Er zijn immers wel 26 miljoen methylaties in het DNA mogelijk. Laat staan dat ze weten hoe deze methylaties de expressie van duizenden eiwitten hebben beïnvloed. Wat de populaire media publiceren over het uiterlijk van de Denisovamens is dus vooral sciencefiction.

DNA-kenmerken van deze mens komen in beperkte mate voor bij inwoners van Melanesië en de Australische Aboriginals; en zijn zeer schaars bij inwoners van Oost Azië, Amerikaanse Indianen en Polynesiërs. Europeanen of Afrikanen bezitten totaal geen DNA-kenmerken die afkomstig zouden zijn van de Denisovamens. beeld Cell

Wie was de Denisovamens?

Het in- en uitschakelen van genen door methylatie van het DNA wordt door omgevingsfactoren beïnvloed en is overerfbaar. Dat feit stelt de vermeende evolutie van de mens in een geheel nieuw perspectief. Want welke eigenschappen zijn nu terug te voeren op DNA-mutaties –dus evolutie– en welke zijn veroorzaakt door omkeerbare epigenetische veranderingen?

Het brede, lage voorhoofd van Denisovamensen wordt volgens dit onderzoek epigenetisch verklaard. Op de keper beschouwd is dat geen evolutie, maar variatie door epigenetische herprogrammering van het DNA. Deze oermensen waren dus gewoon mensen – homo sapiens. Dat is ook het beeld dat oprijst als we het DNA van de Denisovamens vergelijken met de rest van het geslacht homo. DNA-kenmerken van deze mens komen in beperkte mate voor bij inwoners van Melanesië en de Australische Aboriginals; ze zijn schaars bij inwoners van Oost-Azië, Amerikaanse indianen en Polynesiërs. Europeanen of Afrikanen bezitten geen DNA-kenmerken die afkomstig zouden zijn van de Denisovamens.

Als we de schaarse fossiele vondsten daarbij optellen –drie tanden, een vingerkootje van een pink, een teenbotje en een stuk kaak– dan is de stamboom van de Denisovamens in nevelen gehuld. Zeker is dat de Denisovamens een tijdgenoot was van de mens. Een epigenitische variant van het geslacht homo ligt voor de hand.

Aan- en uitzetten van DNA

Het genoom van de mens is een bouwplan dat alle uiterlijke kenmerken van een organisme impliciet beschrijft. Impliciet, omdat het uiterlijk pas zichtbaar wordt door een groot aantal andere factoren, waaronder DNA-methylaties.

Hoe werkt methylatie van het DNA? Een methylgroep is een klein molecuul bestaande uit één koolstofatoom met daaraan vast drie waterstofjes; scheikundig is een methylgroep dus -CH3. Cellen beschikken over DNA-methyl-transferases, enzymen die zo’n methylgroepje aan het DNA kunnen hangen. Ze doen dit alleen op daarvoor bestemde plaatsen in een gen.

Door de aankoppeling van een methylgroep wordt dat gen afgesloten. Al naar gelang waar de methylgroep zich bevindt, blokkeert deze meer of minder het aflezen van het gen. Alle genen die niet nodig zijn in een bepaalde cel of in een bepaald orgaan worden op deze manier gedoseerd afgesloten of uitgezet. De methylgroep kan ook weer worden verwijderd. Dit gebeurt door andere enzymen, de DNA-demethylases. Het gen kan dan weer worden afgelezen.