Den största studien någonsin av forntida mänskligt DNA, tillsammans med det första genomet av en individ från den antika Indus Valley Civilization, avslöjar i oöverträffad detalj de skiftande härkomsterna för central- och sydasiatiska befolkningar över tiden.

Forskningen, publicerades online 5 september i ett par tidningar i Vetenskap och Cell , svarar också på långvariga frågor om jordbrukets ursprung och källan till indoeuropeiska språk i Syd- och Centralasien.

Genetiker, arkeologer och antropologer från Nordamerika, Europa, Centralasien och södra Asien analyserade genomen från 524 forntida individer som aldrig tidigare studerats. Arbetet ökade den globala summan av publicerade antika genom med cirka 25 procent.

Genom att jämföra dessa genom med varandra och med tidigare sekvenserade genom, och genom att sätta informationen i ett sammanhang tillsammans med arkeologiska, språkliga och andra uppgifter, forskarna fyllde i många av nyckeldetaljerna om vem som bodde i olika delar av denna region från mesolitiska eran (cirka 12, 000 år sedan) till järnåldern (till omkring 2, 000 år sedan) och hur de förhåller sig till människorna som bor där idag.

"Med så många prover, vi kan upptäcka subtila interaktioner mellan populationer såväl som extremvärden inom populationer, något som bara blivit möjligt under de senaste åren genom tekniska framsteg, sa David Reich, co-senior författare till båda artiklarna och professor i genetik vid Blavatnik Institute vid Harvard Medical School.

"Dessa studier talar om två av de mest djupgående kulturella omvandlingarna i det antika Eurasien - övergången från jakt och samlande till jordbruk och spridningen av indoeuropeiska språk, som idag talas från de brittiska öarna till södra Asien – tillsammans med människors rörelser, " sa Vagheesh Narasimhan, co-första författare av båda artiklarna och en postdoktor i Reich lab. "Studier är särskilt betydelsefulla eftersom Central- och Sydasien är så understuderade delar av världen."

"En av de mest spännande aspekterna av denna studie är hur den integrerar genetik med arkeologi och lingvistik, " sa Ron Pinhasi vid universitetet i Wien, co-senior författare av Vetenskap papper. "De nya resultaten dök upp efter att ha kombinerat data, metoder och perspektiv från olika akademiska discipliner, ett integrerat tillvägagångssätt som ger mycket mer information om det förflutna än någon av dessa discipliner kunde ensam."

"Dessutom, införandet av nya provtagningsmetoder gjorde det möjligt för oss att minimera skador på skelett samtidigt som vi maximerade chansen att få genetiska data från regioner där DNA-bevarandet ofta är dåligt, " tillade Pinhasi.

Språknyckel

Indoeuropeiska språk – inklusive hindi/urdu, bengaliska, Punjabi, persiska, ryska, Engelsk, spanska, Gaeliska och mer än 400 andra – utgör den största språkfamiljen på jorden.

I årtionden, specialister har diskuterat hur indoeuropeiska språk tagit sig till avlägsna delar av världen. Spreds de via herdar från den eurasiska stäppen? Eller reste de med bönder som flyttade västerut och österut från Anatolien (dagens Turkiet)?

En artikel från 2015 av Reich och kollegor visade att indoeuropeiska språk anlände till Europa via stäppen. De Vetenskap studie gör nu ett liknande fall för södra Asien genom att visa att dagens sydasiater har få om några anor från bönder med anatoliska rötter.

"Vi kan utesluta en storskalig spridning av bönder med anatoliska rötter till Sydasien, mittpunkten i den "anatoliska hypotesen" att en sådan rörelse förde jordbruk och indoeuropeiska språk in i regionen, sade Reich, som också är utredare vid Howard Hughes Medical Institute och Broad Institute. "Eftersom inga betydande rörelser av människor inträffade, detta är schackmatt för den anatoliska hypotesen."

En ny linje av bevis till förmån för ett stäppursprung för indoeuropeiska språk är upptäckten av genetiska mönster som förbinder talare av de indoiranska och baltoslaviska grenarna av indoeuropeiska. Forskarna fann att dagens talare från båda grenarna härstammar från en undergrupp av stäpppastoralister som flyttade västerut mot Europa nästan 5, 000 år sedan och spred sig sedan tillbaka österut in i Central- och Sydasien under följande 1, 500 år.

"Detta ger en enkel förklaring i termer av forntida rörelser av människor för de annars förbryllande delade språkliga dragen hos dessa två grenar av indoeuropeisk, som idag är åtskilda av stora geografiska avstånd, sa Reich.

En andra linje av bevis för ett stäppursprung är forskarnas upptäckt att av de 140 nuvarande sydasiatiska populationerna som analyserades i studien, en handfull visar en anmärkningsvärd topp i anor från stäppen. Alla utom en av dessa stäppberikade befolkningar är historiskt prästerliga grupper, inklusive brahminer – traditionella väktare av texter skrivna på det gamla indoeuropeiska språket sanskrit.

"Fyndet att brahminer ofta har fler stäppanor än andra grupper i södra Asien, kontrollera för andra faktorer, ger ett fascinerande nytt argument till förmån för ett stäppursprung för indoeuropeiska språk i södra Asien, sa Reich.

"Denna studie har fyllt i en stor pusselbit om spridningen av indoeuropeisk, " sa medförfattaren Nick Patterson, forskare i genetik vid HMS och en stabsforskare vid Broad Institute of MIT och Harvard. "Jag tror att bilden på hög nivå nu är förstådd."

"Det här problemet har funnits i luften i 200 år eller mer och det håller nu på att lösas snabbt, " tillade han. "Jag är väldigt exalterad över det."

Jordbrukets ursprung

Studierna informerar om en annan långvarig debatt, den här om huruvida förändringen från en jakt- och samlarekonomi till en baserad på jordbruk drevs mer av människors rörelser, kopiering av idéer eller lokal uppfinning.

I Europa, Forntida DNA-studier har visat att jordbruket anlände tillsammans med en tillströmning av människor med anor från Anatolien.

Den nya studien avslöjar en liknande dynamik i Iran och Turan (södra Centralasien), där forskarna fann att anatoliska anor och jordbruk kom ungefär samtidigt.

"Detta bekräftar att spridningen av jordbruket inte bara innebar en väg västerut från Anatolien till Europa utan också en väg österut från Anatolien till regioner i Asien som tidigare bara bebotts av jägare-samlare grupper, sa Pinhasi.

Sedan, när jordbruket spred sig norrut genom bergen i Inre Asien tusentals år efter att ha tagit fäste i Iran och Turan, "kopplingarna mellan härkomst och ekonomi blir mer komplexa, " sa arkeologen Michael Frachetti vid Washington University i St. Louis, co-senior författare som ledde mycket av skelettprovtagningen för Vetenskap papper.

Runt 5, För 000 år sedan, fann forskarna, sydvästra asiatiska härkomster flödade norrut tillsammans med jordbruksteknik, medan sibiriska eller stäppanor strömmade söderut till den iranska platån. Det tvåvägsmönster av rörelse ägde rum längs bergen, en korridor som Frachetti tidigare visade var en "bronsålderns sidenväg" längs vilken människor utbytte grödor och idéer mellan öst och väst.

I södra Asien, dock, historien ser helt annorlunda ut. Inte nog med att forskarna inte hittade några spår av den anatoliska anor som är ett kännetecken för spridningen av jordbruket västerut, men de iransk-relaterade härkomsterna som de upptäckte i sydasiater kommer från en härstamning som skiljde sig från forntida iranska bönder och jägare-samlare innan dessa grupper splittrades från varandra.

Forskarna drog slutsatsen att jordbruket i södra Asien inte berodde på förflyttning av människor från de tidigare jordbrukskulturerna i väst; istället, lokala grovfoderare antog det.

"Innan stäpppastoristerna kom med sina indoeuropeiska språk omkring 4, För 000 år sedan, vi hittar inga bevis för storskaliga förflyttningar av människor till Sydasien, sa Reich.

Första glimt av Indus Valley Civilisations härkomst

Springer från Himalaya till Arabiska havet, Indus River Valley var platsen för en av de första civilisationerna i den antika världen, blomstrar mellan 4, 000 och 5, 000 år sedan. Människor byggde städer med en befolkning i tiotusentals. De använde standardiserade vikter och mått och bytte varor med platser så långt borta som Östafrika.

Men vilka var de?

Före nu, genetiker kunde inte extrahera livskraftiga data från skelett begravda på Indus Valley Civilization arkeologiska platser eftersom värmen och det flyktiga klimatet i låglandet i Sydasien har försämrat det mesta DNA utöver forskarnas förmåga att analysera det.

De Cell papper ändrar detta.

Efter screening av mer än 60 skelettprover från den största kända staden i Indus Valley Civilization, kallas Rakhigarhi, författarna hittade en med en antydan till gammalt DNA. Efter mer än 100 sekvenseringsförsök, de genererade tillräckligt med data för att nå meningsfulla slutsatser.

Den antika kvinnans arvsmassa matchade de hos 11 andra forntida människor som rapporterats i Vetenskap tidning som bodde i det som nu är Iran och Turkmenistan på platser som är kända för att ha utbytt föremål med Indus Valley Civilization. Alla 12 hade en distinkt blandning av härkomst, inklusive en släktlinje relaterad till sydostasiatiska jägare-samlare och en iransk släkt som är specifik för Sydasien. Eftersom denna blandning skilde sig från majoriteten av människor som bodde i Iran och Turkmenistan vid den tiden, författarna föreslår att de 11 individer som rapporterats i Vetenskap papper var migranter, troligen från Indus Valley Civilization.

Ingen av de 12 hade bevis på härkomst från stäpppastorister, överensstämmer med modellen att den gruppen ännu inte hade anlänt till södra Asien.

De Vetenskap papper visade vidare att efter nedgången av Indus Valley Civilization mellan 4, 000 och 3, 500 år sedan, en del av gruppen som dessa 12 individer tillhörde blandas med människor från norr som hade stäpppastorala anor, bildar de förfäders nordindianer, en av de två primära förfädernas befolkningar av nutida människor i Indien. En del av den ursprungliga gruppen blandades också med människor från halvön Indien för att bilda den andra primära källpopulationen, förfädernas sydindianer.

"Blandningar av de förfäders nordindianer och förfäders sydindianer - som båda har sin primära härkomst till människor som den från Indus Valley Civilization-individen som vi sekvenserade - utgör den primära härkomsten till sydasiater idag, sa Patterson.

"Studien knyter direkt samman dagens sydasiater med de antika folken i Sydasiens första civilisation, " tillade Narasimhan.

Författarna varnar för att analys av genomet hos endast en individ begränsar de slutsatser som kan dras om hela befolkningen i Indus Valley Civilization.

"Min bästa gissning är att Indus Valley Civilization själv var genetiskt extremt mångsidig, ", sa Patterson. "Ytterligare genom kommer säkert att berika bilden."