Se fler DNA -bilder. 2008 HowStuffWorks 1987, en grupp genetiker publicerade en överraskande studie i tidskriften Nature. Forskarna undersökte mitokondriellt DNA (mtDNA) taget från 147 personer i alla dagens stora rasgrupper. Dessa forskare fann att släktlinjen för alla människor som lever idag faller på en av två grenar i mänsklighetens släktträd. En av dessa grenar består av ingenting annat än afrikansk härkomst, den andra innehåller alla andra grupper, inklusive någon afrikansk härkomst.
Ännu mer imponerande, genetikerna drog slutsatsen att varje person på jorden just nu kan spåra sin släktlinje tillbaka till en enda kvinnlig förfader som levde runt 200, 000 år sedan. Eftersom en hel gren av mänsklig härstamning är av afrikanskt ursprung och den andra också innehåller afrikansk härkomst, studiens författare drog slutsatsen att Afrika är platsen där denna kvinna bodde. Forskarna namngav denna gemensamma kvinnliga förfader Mitokondriell Eve .
Forskarna fick idén till detta projekt baserat på en upptäckt som en annan genetiker gjorde 1980. Dr Wesley Brown märkte att när man jämför mtDNA för två människor, proverna är mycket mer lika än när mtDNA för två andra primater - t.ex. två schimpanser - jämförs. Brown hittade, faktiskt, att mtDNA för två människor bara har ungefär hälften så många skillnader som mtDNA för två andra primater inom samma art [källa:Cann]. Detta tyder på att människor delar en mycket nyare gemensam förfader än andra primater gör, en idé som lockar nog att starta Nature -undersökningen.
Studiens huvudförfattare, Rebecca Cann, kallade sina kollegors och hennes val att använda Eve som namnet "en lekfull missnämning, "och påpekade att studien inte antydde att mitokondriellafton inte var den första - eller enda - kvinnan på jorden under den tid hon levde [källa:Cann]. I stället denna kvinna är helt enkelt den senaste personen till vilken alla människor kan spåra sin släktforskning. Med andra ord, det var många kvinnor som kom före henne och många kvinnor som kom efter, men hennes liv är den punkt från vilken alla moderna grenar på mänsklighetens släktträd växte.
När forskarna i 1987 års studie tittade på prover tagna från 147 olika människor och foster, de hittade 133 distinkta sekvenser av mtDNA. Några av personerna tog prov, Det visade sig, var nyligen släkt. Efter att ha jämfört antalet skillnader mellan mtDNA -proverna inom raser, de fann att afrikaner har mest mångfald (det vill säga det största antalet skillnader) av någon enskild rasgrupp. Detta skulle tyda på att mtDNA som finns hos afrikaner är det äldsta:Eftersom det har haft flest mutationer, en process som tar tid, det måste vara det äldsta av släktlinjer runt idag.
De två distinkta grenarna som de upptäckte innehöll mtDNA som finns i de fem huvudpopulationerna på planeten:afrikansk, Asiatisk, Europeiskt, Australien och Nya Guinea. Forskare fann att i den gren som inte uteslutande var afrikansk, raspopulationer hade ofta mer än en släktlinje. Till exempel, en New Guinean släktlinje hittar sin närmaste släkting i en härstamning som finns i Asien, inte Nya Guinea. Alla släktlinjer och båda grenarna, dock, alla kan spåras tillbaka till en teoretisk punkt:Mitokondriell Eve.
Så hur slutade Eva bli mänsklighetens senaste gemensamma förfader? Vi kommer att titta på det i den här artikeln, samt några argument som framförts mot Mitokondriell Eve -teorin. Men först, vad är mitokondrier och varför använder forskare mtDNA för att spåra härstamning?
Innehåll
Medan honägg innehåller mycket mitokondrier, manliga spermier innehåller bara ett fåtal, som går förlorade efter befruktning. iStockphoto Biologer har varit medvetna om mitokondrier sedan 1800 -talet. Men det var inte förrän i slutet av 1970 -talet som värdet av att använda DNA inom mitokondrier för att spåra antikens mänskliga historia blev klart. Mitokondriellt DNA skiljer sig på några viktiga sätt från kärn -DNA - variationen av DNA som ligger i kärnan i var och en av dina celler bestämmer din ögonfärg, rasegenskaper, mottaglighet för vissa sjukdomar och andra definierande egenskaper. mtDNA, å andra sidan, innehåller koder för att tillverka proteiner och utföra de andra processer mitokondrier utför.
De gener du bär i form av kärn -DNA är resultatet av en sammanslagning mellan din mammas och pappas DNA - denna sammanslagning kallas rekombination . mtDNA, dock, härrör nästan uteslutande från din mamma. Detta beror på att ägget till en kvinnlig människa innehåller mycket mtDNA, medan manliga spermier innehåller bara lite mitokondrier. En av funktionerna hos en enda mitokondrion är att generera kraft för cellen som innehåller den, och spermier använder några mitokondrier i svansen för att driva sin ras mot ägget för befruktning. Dessa mitokondrier förstörs efter att spermierna befruktar ägget, och därmed går alla mtDNA som kan överföras från faderns sida förlorade.
Detta betyder att mtDNA är matrilineal - bara mammas sida överlever från generation till generation. En mamma som bara föder söner kommer att se hennes mtDNA -släkt förlorat. Undersökning av mtDNA hittills har endast gett sällsynta och ovanliga fall där faderns mtDNA överlever och överförs till barnet.
Mitokondrier är också värdefulla för evolutionister eftersom kopior av exakt samma mtDNA som du har kan hittas i celler i hela kroppen. Inom varje cell, för, det kan finnas tusentals kopior av mtDNA. Omvänt, kärn -DNA i en cell innehåller vanligtvis bara två kopior. Det är också lättare att extrahera mtDNA än kärn -DNA, eftersom den finns utanför cellens bräckliga och snabbare förfallna kärna.
Vad allt detta lägger till är att ditt mtDNA är detsamma som din mammas, eftersom det inte finns någon rekombination för att bilda en tredje version, skiljer sig från både din mammas och pappas men en kombination av båda. Detta gör mtDNA mycket lättare att spåra ur en antropologisk synvinkel.
Människor har funnits länge. Under hundratusentals år har vi vandrat på planeten, vårt antal har vuxit. Hur kommer det sig att bara cirka 200, För tusen år sedan blev en ensam kvinna mormor för oss alla? Borde inte mänsklighetens historia gå längre tillbaka än så?
Läs nästa sida för att ta reda på hur mänskligheten kan ha kommit nära att utrotas, sätter scenen för mitokondriell Eve att lämna sitt bestående arv.
Videogalleri:DNA -forskningForskaren Daphne Preuss har hittat ett sätt att lägga till genetiskt material till växter. Lär dig vad detta kan innebära för att förbättra grödor och medicinska genombrott i den här videon från University of Chicago.
En ny webbaserad DNA-databas kan hjälpa forskare att få de ledtrådar de behöver för att slå vissa sjukdomar. Se hur i den här videon från ScienCentral.
I den här videon från ScienCentral, du kommer att se hur forskare har hittat DNA -bevis hos människor och apor som förklarar varför mänskliga hjärnor är så mycket större.
Läs mer
En vulkan i Sumatra som den här antas ha tvingat mänskligheten till en evolutionär flaskhals efter att den utbröt 70, 000 år sedan. Jewel Samad/AFP/Getty Images Cann och hennes forskare uppskattade att mitokondriell Eve levde cirka 200, 000 år sedan. Med sin felmarginal inkluderad, hon skulle ha levt mellan 500, 000 och 50, 000 år sedan. Med tanke på att Eva tros ha levt under en tid då det fanns andra kvinnor vid liv, hur kommer det sig att vi alla i dag härstammar från henne ensam? Det finns ett par förklaringar till hur bara Evas mtDNA ensam kunde ha överlevt, och troligen är en kombination av konvergerande faktorer ansvarig.
Den troligaste möjligheten är att en evolutionär flaskhals inträffade bland mänskligheten medan Eva levde. Detta är en situation där en stor majoritet av artmedlemmarna plötsligt dör ut, att föra arten till utrotningens gräns. Denna plötsliga minskning av antalet beror inte på någon form av misslyckande med att anpassa sig. Istället, det är troligare resultatet av en katastrof av något slag, till exempel, resultatet av en komet som träffar jorden. Efteråt, bara några medlemmar återstår för att återbefolka gruppen och fortsätta utvecklas. Flaskhalsar misstänks ha ägt rum vid olika tidpunkter i mänsklighetens historia, så det är ingen avlägsen uppfattning att en händelse som denna kunde ha ägt rum under Evas livstid.
En rapport som utfärdades 1998 drog slutsatsen att cirka 70, 000 år sedan, mänskligheten reducerades till bara cirka 15, 000 människor på hela planeten [källa:Whitehouse]. Med väldigt få människor spridda över hela planeten, mänskligheten var verkligen på väg att utrotas. Händelsen som orsakade nästan förlust av vår art var ett utbrott av Mount Toba i Sumatra. Detta vulkanutbrott var så enormt att det sänkte globala temperaturer, dödade de djur och växter som gav näring åt människor och sporrade den kallaste istiden som planeten har sett, bestående 1, 000 år.
Mitokondriell Eve -teorin framkallar liknande scenarier. Om den mänskliga befolkningen minskade dramatiskt, och det var inte många kvinnor som hade barn, scenen är inställd för en "Lucky Mother, ”Som Cann uttrycker det, att framstå som en senaste gemensamma förfader. Det är möjligt att efter några generationer, de andra kvinnornas mtDNA dog ut. Om en kvinna bara föder manliga avkommor, hennes mtDNA kommer inte att skickas vidare, eftersom barn inte får mtDNA från sin far. Detta betyder att medan kvinnans söner kommer att ha sitt mtDNA, hennes barnbarn kommer inte, och hennes linje kommer att gå förlorad.
Det är möjligt att detta var orsaken till att Eva framträdde som den enda "lyckliga mamman" som i huvudsak födde oss alla.
Har du lite svårt att förstå? Oroa dig inte. Läs nästa sida för en illustration av vad mtDNA teoretiskt kan på nästa sida. Det kommer att klargöra saker och ting lite.
Chuck Kennedy/Getty Images Mitokondriellt DNA är användbart för att identifiera släktingar. Det används här på Armed Forces DNA Identification Laboratory i Rockville, Md., för att identifiera rester av soldater. Chuck Kennedy/Getty Images Även om tal om genetiska mutationer och DNA -sekvenser får det att verka komplext, i dess kärna, spårning av mtDNA är baserat på en bedrägligt enkel uppfattning:Människor vars förfäder en gång var nära släkt borde ha nästan identiska mtDNA. mtDNA kan genomgå mutationer över tid, men det tar tid för dessa mutationer att inträffa. Logiskt, ju färre det finns, desto mindre tid har gått sedan två familjs förfäder divergerade. De människor som bara har några skillnader i sina mtDNA -sekvenser skulle vara mer nyligen relaterade än de sekvenser som bär många skillnader.
Tänk på det här sättet. Säg att din mormor på din mammas sida-som vi kallar Mildred-hade en syster, som vi kallar Tillie. Båda delade identiska mtDNA som de fick från sin mamma. Men tänk dig att Tillie och Mildred hade ett fruktansvärt argument, och Tillie flyttade över landet, medan Mildreds ättlingar - inklusive dig - stannade kvar.
Tillie och Millie talade aldrig igen. Båda kvinnorna födde flickor, och så skickades deras matrilineala mtDNA vidare. Men när generationerna fortsatte, familjerna till de två blev allt mindre medvetna om förekomsten av den andra grenen, tills ingen av raderna kände till den andra. Men de två raderna är på väg att av misstag återförenas. Forskare placerade en nationell annons som bad om testpersoner för en studie av de senaste mänskliga befolkningstrenderna med mtDNA för kartläggning. Av en slump, du och en avlägsen kusin till dig på Tillies sida av familjen bestämmer båda som volontär.
När de har samlat ett DNA -prov från dig, forskarna jämför ditt mtDNA med sekvenserna från de andra kandidaterna. Se och se - de upptäcker att två volontärer är kusiner. Att jämföra ditt mtDNA med din kusins, genetikerna borde kunna berätta om hur länge sedan Tillie och Mildred hade sina argument. Om de kontrollerade lokalbefolkningen i ditt område och din kusins område, de borde också kunna berätta om det var Tillie eller Millie som migrerade, genom att hitta vilken befolkning som delade mer av mtDNA som finns i din familj - fler människor med samma mtDNA betyder att den sekvensen har funnits längre. Vad mer, de kan också dra slutsatsen att eftersom du och din kusin delar liknande mtDNA, du har en vanligaste nyligen förfader, kvinnan som är mor till Tillie och Mildred.
Eftersom det tar ett tag innan mtDNA -mutationer inträffar, det skulle vara ganska svårt för dessa inbillade genetiker att fästa dig och din kusin med noggrannhet, men när denna teknik extrapoleras över en period som sträcker sig över tiotals eller hundratusentals år, det blir mycket mer livskraftigt.
Inte alla köper Mitokondriell Eve -teorin, dock. Läs nästa sida för att lära dig om kritik av studien.
Efter att ha upplevt kritik för att samla DNA-prover från afroamerikaner snarare än afrikaner i sin studie, Cann och hennes kollegor besökte människor som bor i Afrika, som dessa sudaneser, att samla in sin genetiska information. Resultaten var desamma. Natalie Behring-Chisholm/Getty Images Evolutionär kartläggning genom användning av mtDNA är inexakt. När mtDNA -studien fortsatte efter slutet av 1970 -talet, forskare upptäckte en egendom som kallas heteroplasmi - förekomsten av mer än en sekvens av mtDNA som finns i samma person. Även inom en enda person, det finns skillnader mellan mtDNA som gör det svårt att jämföra en person eller grupp med en annan.
1987 års studie som introducerade begreppet Mitokondriell Eve för världen blev attackerad när det påpekades att den "afrikanska" befolkningen som forskarna samplade faktiskt bestod nästan helt av afroamerikaner. Är det möjligt att afroamerikanernas mtDNA under de få hundra år sedan afrikaner hade importerats till Amerika mot sin vilja hade muterat tillräckligt för att göra provet värdelöst? Inför kritiken, Cann och hennes kollegor tog ytterligare ett urval av afrikaner som bor i Afrika, men hittade i stort sett samma resultat.
Ett annat problem med mtDNA -studien är skillnaderna i mutationshastigheten. Tänk på det här sättet, om du tittade på hur lång tid det tog för en viss sekvens av mtDNA att utveckla en förändring - en mutation - och drog slutsatsen att det tog 1, 000 år, då skulle två stammar av mtDNA från samma härkomst med två mutationer ha divergerat cirka 2, 000 år sedan, höger? Så här bestämde Cann och företaget Mitokondriell Eve levde runt 200, 000 år sedan.
Forskarna sa att de i sin studie antog att mtDNA muterar i en jämn takt. Problemet är, vetenskapen är inte riktigt säker på vilken mutationshastighet för mtDNA är, om det ens finns en mätbar hastighet. Om du tittar på mutationshastigheten bland en hel grupp organismer, säga, alla människor som lever idag - kallas fylogenetisk hastighet - du kan dra slutsatsen att mtDNA muterar i en jämn takt. Men om du tittar på en enda familjelinje inom den större gruppen - stamtavla - du kommer troligen att hitta en helt annan mutationshastighet.
Eftersom "mutationsklockan" som Cann och hennes medförfattare använde ifrågasattes, de utökade datumet för Evas existens till mellan 500, 000 och 50, 000 år sedan.
Årtionden efter att Mitochondrial Eve -studien publicerades, resultaten diskuteras fortfarande hårt. Är vi alla härstammade från en senaste gemensamma förfader som levde 200, 000 år sedan? Kan mtDNA ens berätta exakt? Dessa frågor förblir obesvarade och inramar det framtida arbetet för evolutionära genetiker. Men 1987 års studie var banbrytande nog att den förändrade hur vi tänker om oss själva som människor. Det påpekade att någonstans i historien, vi är alla släkt.
För mer information om evolution och relaterade ämnen, se nästa sida.
