Allmän bild av utgrävningen av Shum Lakas stenskydd (Grassfields-regionen i Kamerun). Den här webbplatsen var hem för en mänsklig befolkning som levde i regionen i minst fem årtusenden och som hade liten genetisk släktskap med de människor som bor i regionen idag. Analys av forntida DNA-data från hela genomet från människorna som bodde på denna plats gav insikter i förekomsten av flera aldrig tidigare uppskattade, tidigt förgrenade afrikanska mänskliga härstamningar (foto av Pierre de Maret, januari 1994).
Ett team av internationella forskare, som inkluderar en antropolog från Saint Louis University Madrid, grävde djupt för att hitta något av det äldsta afrikanska DNA:t som har registrerats, i en ny studie publicerad i Natur .
Afrika är hemlandet för vår art och har större mänsklig genetisk mångfald än någon annan del av planeten. Studier av forntida DNA från afrikanska arkeologiska platser kan kasta ett viktigt ljus över mänsklighetens djupa ursprung. Forskargruppen sekvenserade DNA från fyra barn begravda 8, 000 och 3, 000 år sedan vid Shum Laka i Kamerun, en plats som grävdes ut av ett belgiskt och kameruniskt team för 30 år sedan.
Resultaten, "Forntida västafrikanska födosökare i sammanhanget av afrikansk befolkningshistoria, " publicerad 22 januari in Natur , representerar det första forntida DNA från Väst- eller Centralafrika, och något av det äldsta DNA som återvunnits från ett afrikanskt tropiskt sammanhang. De möjliggör en ny förståelse av de djupa förfädernas relationer mellan tidiga Homo sapiens i Afrika söder om Sahara.
Denna studie var produkten av samarbete mellan genetiker, arkeologer, biologiska antropologer och museikuratorer baserade i Nordamerika (inklusive Harvard Medical School och Université de Montréal); Europa (Royal Belgian Museum of Natural Sciences, Kungliga museet för Centralafrika, Université Libre de Bruxelles och Saint Louis Universitys Madrid campus); Kamerun (University of Yaoundé, universitetet i Buea); och Kina (Duke Kunshan University).
En unik arkeologisk plats med exceptionellt bevarande
Shum Laka är ett bergskydd beläget i "Grassfields"-regionen i Kamerun, en plats som länge utpekats av lingvister som bantuspråkens troliga vagga, en utbredd och mångfaldig grupp språk som talas av mer än en tredjedel av afrikanerna idag.
"Lingvister, arkeologer och genetiker har studerat ursprunget och spridningen av bantuspråk i decennier, och Grassfields-regionen är nyckeln till denna fråga, sa Mary Prendergast, Ph.D., en professor i antropologi och professor i humaniora vid Saint Louis Universitys campus i Madrid, och en co-handledande författare av studien. "Konsensus är att bantuspråkgruppen har sitt ursprung i västra centrala Afrika, innan den spred sig över den södra halvan av kontinenten efter cirka 4, 000 år sedan. "
Denna expansion tros vara anledningen till att de flesta från centrala, östra och södra Afrika är genetiskt nära besläktade med varandra och med västafrikaner.
"Shum Laka är en referenspunkt för att förstå väst-centralafrikas djupa historia, sa Isabelle Ribot, Ph.D., en antropolog vid University of Montreal som grävde ut och studerade begravningarna, och är en nyckelförfattare till studien.
Shum Laka bergskyddet grävdes ut på 1980- och 1990-talen av arkeologer från Belgien och Kamerun. Det har en imponerande och väl daterad arkeologisk historik, med radiokoldatum som sträcker sig över de senaste 30, 000 år. Sten verktyg, växt- och djurrester, och så småningom indikerar keramik kollektivt långsiktig skogsbaserad jakt och insamling och en eventuell övergång till intensiv exploatering av trädfrukter.
Shum Laka är emblematisk för "Stone to Metal Age", ' en kritisk era i väst-centralafrikansk historia som i slutändan gav upphov till metallurgi och jordbruk från järnåldern. Under denna era, platsen fungerade upprepade gånger som en gravplats för familjer, med 18 individer (främst barn) begravda i två stora faser vid cirka 8, 000 och 3, 000 år sedan.
"Sådana begravningar är unika för Väst- och Centralafrika eftersom mänskliga skelett är ytterst sällsynta här före järnåldern, " sa Ribot. "Tropiska miljöer och sura jordar är inte snälla mot benkonservering, så resultaten från vår studie är verkligen anmärkningsvärda."
Forskare vid Harvard Medical School tog prov på petrusben (innerörat) från sex individer begravda vid Shum Laka. Fyra av dessa prover producerade gammalt DNA, och daterades direkt vid Pennsylvania State University Radiocarbon Laboratory. Det molekylära bevarandet var imponerande med tanke på begravningsförhållandena, och möjliggjorde hel-genom forntida DNA-analys.
En nyligen dokumenterad population av jägare-samlare
Förvånande, det gamla DNA sekvenserat från de fyra barnen – ett par begravt 8, För 000 år sedan, de andra 3, 000 år sedan – avslöjar anor som skiljer sig mycket från de flesta bantutalande idag. Istället, de är närmare centralafrikanska jägare-samlare.
"Detta resultat tyder på att bantutalande som bor i Kamerun och i hela Afrika idag inte härstammar från den befolkning som Shum Laka-barnen tillhörde, sa Mark Lipson, Ph.D., Harvard Medical School, huvudförfattare till studien. "Detta understryker den uråldriga genetiska mångfalden i denna region och pekar på en tidigare okänd population som endast bidrog med små andelar DNA till dagens afrikanska grupper."
Utbredningen av jordbruk och vallning i Afrika – liksom i andra delar av världen – åtföljdes av många rörelser av människor.
"Om du går tillbaka 5, För 000 år sedan, praktiskt taget alla som bodde söder om Sahara var jägare-samlare, " sa Prendergast. "Men titta på en karta över Afrika som visar födosöksgrupper idag, och du kommer att se att de är väldigt få och långt emellan."
Denna studie bidrar till en växande mängd forntida DNA-forskning som visar forntida genetisk mångfald och befolkningsstruktur som sedan dess har raderats ut av de demografiska förändringar som åtföljde spridningen av livsmedelsproduktion.
Utgrävning av en dubbel begravning vid Shum Laka bergskydd (Grassfields-regionen i Kamerun) som innehåller kvarlevorna av två pojkar som levde ~8, 000 år sedan och som var genetiskt från samma familj. Forntida DNA avslöjar att dessa två individer och ytterligare ett par barn som begravdes fem årtusenden senare i Shum Laka kom från en stabil befolkning som då nästan var helt fördriven av de mycket olika befolkningar som lever i Kamerun idag (foto av Isabelle Ribot, januari 1994).
En sällsynt faderligt nedärvd härstamning med djupa rötter
En av de provtagna individerna - en tonåring man - bar på en sällsynt Y-kromosom haplogrupp (A00) som finns nästan ingenstans utanför västra Kamerun idag. A00 är bäst dokumenterat bland de etniska grupperna Mbo och Bangwa som bor inte långt från Shum Laka, och det här är första gången det har setts i forntida DNA. A00 är en djupt divergerande haplogrupp, efter att ha splittrats från alla andra kända mänskliga släkter omkring 300, 000-200, 000 år sedan. Detta visar att denna äldsta kända härstamning av moderna mänskliga män har funnits i västra centrala Afrika i mer än 8, 000 år, och kanske mycket längre.
Nytt ljus på mänskligt ursprung
Även om fynden inte talar direkt till bantuspråkets ursprung, de kastar nytt ljus över flera faser av Homo sapiens djupa historia. Forskarna undersökte DNA från Shum Laka-barnen tillsammans med publicerat DNA från forntida jägare-samlare från östra och södra Afrika, samt DNA från många nutida afrikanska grupper. Genom att kombinera dessa datauppsättningar, de kunde konstruera en modell av divergerande släktlinjer under loppet av det mänskliga förflutna.
"Vår analys indikerar förekomsten av minst fyra stora djupa mänskliga linjer som bidrog till att människor lever idag, och som avvek från varandra mellan cirka 250, 000 och 200, För 000 år sedan, sa David Reich, Ph.D., från Harvard Medical School, senior författare till studien.
Dessa härstamningar är förfäder för dagens centralafrikanska jägare-samlare, södra afrikanska jägare-samlare, och alla andra moderna människor, där en fjärde härstamning var en tidigare okänd "spökbefolkning" som bidrog med en liten mängd anor till både västra och östliga afrikaner.
"Denna fyrfaldiga strålning - inklusive positionen för en djupt splittande "spöke" modern mänsklig härstamning - hade inte identifierats tidigare från DNA, " sa Reich.
Tidigare modeller för mänskligt ursprung antydde att dagens sydafrikanska jägare-samlare, som skilde sig från andra befolkningar omkring 250, 000-200, För 000 år sedan, representerar den djupaste kända grenen av modern mänsklig variation. Dock, Lipson sa, "den nya analysen tyder på att den härstamning som bidrar till centralafrikanska jägare-samlare är lika gammal och avviker från andra afrikanska populationer runt samma tid."
Detta fynd bidrar till en växande konsensus bland arkeologer och genetiker om att mänskligt ursprung i Afrika kan ha involverat djupt divergerande, geografiskt åtskilda befolkningar.
Analys avslöjade också en annan uppsättning av fyra mänskliga linjer som förgrenar sig mellan 80, 000 och 60, För 000 år sedan, inklusive de släktlinjer som bidrar mest till anor i nuvarande östliga och västra afrikaner och alla icke-afrikaner.
Med tanke på denna nya modell av mänskliga befolkningsförhållanden, författarna kunde visa att ungefär en tredjedel av anor till Shum Laka-barnen härrörde från en släktlinje nära besläktad med centralafrikanska jägare-samlare, och ungefär två tredjedelar av deras härkomst kom från en distinkt släktlinje som är avlägset relaterad till en majoritet av dagens västafrikaner.
"Dessa resultat visar hur det mänskliga landskapet i Afrika för bara några tusen år sedan var djupt annorlunda än vad det är idag, och betona kraften hos forntida DNA för att lyfta slöjan över det mänskliga förflutna som har kastats av senaste befolkningsrörelser, " sa Reich.
Det internationella forskarteamet planerar att återvända till Shum Laka i år, dels för att hjälpa till att kommunicera resultat till den kamerunska akademiska och bredare gemenskaperna. "Tvärvetenskapliga samarbeten som detta är en viktig del av forntida DNA-forskning, säger Reich.
Nyckel take-aways
