Pesquisas conduzidas no Departamento de Biologia da Universidade de Pádua identificaram marcos genômicos críticos na evolução do Homo sapiens, incluindo rearranjos cromossômicos importantes e variantes genéticas específicas que contribuíram para o desenvolvimento das atuais características humanas modernas.

As descobertas desafiam modelos tradicionais que atribuem certas inovações genéticas exclusivamente ao Homo sapiens moderno. Semelhanças observadas em genomas humanos modernos e arcaicos sugerem que muitas características da paisagem genética do Homo sapiens surgiram antes das linhagens se dividirem.

O Homo sapiens evoluiu por meio de uma série de eventos genéticos significativos. Acredita-se que um gargalo populacional há aproximadamente 900.000 anos coincidiu com rearranjos genômicos, a fusão do cromossomo 2 e a translocação da região pseudoautossômica 2 (PAR2).

Cerca de 650.000 anos atrás, os humanos modernos divergiram dos neandertais e dos denisovanos. Eventos de cruzamento ocorreram mais de uma vez, proporcionando oportunidades para traços genéticos compartilhados. Pelo menos um evento humano-neandertal moderno ocorreu há 350.000 anos.

No estudo "Partitioning the Genomic Journey to Becoming Homo sapiens", publicado em 9 de dezembro no servidor de pré-impressão bioRxiv , sequências genômicas de humanos modernos, neandertais e denisovanos foram analisadas em busca de divergências genéticas e na identificação de regiões genômicas específicas de humanos.

Os pesquisadores empregaram análises de coalescência, estimativas de taxa de mutação e exame de assinaturas de mistura arcaicas para particionar o genoma humano e rastrear o surgimento dessas variantes-chave. As avaliações do relógio molecular forneceram uma estimativa de idade mínima para a translocação PAR2, enquanto os métodos filogenéticos rastrearam as mudanças de tempo e frequência de variantes compartilhadas entre populações modernas e arcaicas.

Os pesquisadores se concentraram em três eventos principais: um gargalo há 900.000 anos (Evento 1), a divergência entre humanos modernos e arcaicos há 650.000 anos (Evento 2) e o cruzamento entre Homo sapiens e neandertais há 350.000 anos (Evento 3).

O evento 1 marcou uma redução crítica nas populações humanas ancestrais. Acredita-se que esse evento coincida com rearranjos cromossômicos significativos, incluindo a fusão do cromossomo 2 e a translocação da região pseudoautossômica 2 (PAR2) do cromossomo X para o Y.

A análise dos genomas masculinos de Denisova e Neanderthal demonstrou que o PAR2 estava presente tanto em X quanto em Y, assim como em humanos modernos. O rearranjo teve que ocorrer antes da divisão entre as linhagens arcaica e moderna, que os pesquisadores estimam ter ocorrido em torno de 856.000 a 1,3 milhões de anos atrás, potencialmente empurrando para trás a idade estimada de um ancestral PAR2 compartilhado em 400.000 anos.

Durante sua análise, a equipe identificou 11 variantes de nucleotídeo único (SNVs) nas regiões PAR2 do cromossomo X masculino, que estavam ausentes principalmente nas mulheres. A distribuição específica de gênero sugere que essas mutações eram provavelmente específicas do sexo masculino e podem ter sido mapeadas incorretamente em análises anteriores. É importante ressaltar que essas SNVs pareciam ter surgido depois que o ancestral comum de todas as sequências Y-PAR2 divergiu do pool genético X-PAR2 .

Ao aplicar uma taxa de mutação do cromossomo Y de 3 x 10 -8 mutações por par de bases por geração, eles calcularam que o ancestral de todas as sequências Y-PAR2 divergiu do pool de genes X-PAR2 há aproximadamente 518.000 anos. Esse período representa o período entre o evento de translocação (856.000 a 1,3 milhões de anos atrás) e o ancestral comum mais recente de todos os cromossomos Y humanos modernos, datando de cerca de 338.000 anos atrás.

No Evento 2, quando os humanos modernos divergiram dos neandertais e dos denisovanos, os cientistas examinaram a história genética das "regiões Human650" por meio de eventos de coalescência e variantes que apareceram exclusivamente em humanos modernos.

Eles identificaram variantes funcionais recentes em 56 genes em humanos modernos, 24 dos quais estão associados a funções cerebrais e morfologia do crânio. Essas mudanças genéticas surgiram logo após a divergência e acredita-se que sustentem aspectos-chave da biologia e do comportamento humanos modernos.

Pesquisadores observaram que o genoma do Neandertal de Altai exibiu mais regiões com eventos de coalescência ocorrendo nos últimos 650.000 anos em comparação ao genoma de Denisova. Variantes exclusivamente associadas à linhagem humana moderna não foram amplamente encontradas em populações de Neandertal durante o Evento 3.

Isso sugere que quando o Homo sapiens e os neandertais cruzaram no Evento 3, aproximadamente 350.000 anos atrás, certas variantes ancestrais foram reintroduzidas, potencialmente aumentando sua diversidade genética neandertal.

Variantes genéticas específicas têm uma tendência a cair de tamanhos populacionais pequenos, com endogamia em longos períodos de tempo levando a populações menos diversas geneticamente. Devido a essa deriva, certas variantes genéticas previamente presentes em populações neandertais foram perdidas.

Quando os humanos modernos se misturaram pela primeira vez com os genomas neandertais, o efeito não foi tanto uma introdução a novos genes, mas uma reintrodução de variantes genéticas perdidas anteriormente, que encontraram seu caminho de volta ao pool genético neandertal.

O estudo oferece grandes novos insights sobre a rica tapeçaria da história do genoma humano arcaico e moderno. Eles se encontrariam novamente por volta de 50.000 a 65.000 anos atrás, continuando o fluxo entrelaçado de colaborações genéticas e culturais humanas.