Naukowcy z University of Michigan opracowali metodę statystyczną, która może być stosowana do tak szeroko zakrojonych zastosowań, jak śledzenie przodków, modelowanie rozprzestrzeniania się chorób i badanie, w jaki sposób zwierzęta rozprzestrzeniają się przez regiony geograficzne.
Jednym z zastosowań metody jest zapewnienie pełniejszego poczucia ludzkiego pochodzenia, mówi Gideon Bradburd, profesor ekologii i biologii ewolucyjnej. Na przykład, kiedy wysyłasz DNA do spersonalizowanego raportu przodków, raport, który odzyskasz, jest tylko bardzo małym widokiem na drzewo genealogiczne przypięte w określonym punkcie i przestrzeni w czasie.
Tego rodzaju raporty genetyczne odzwierciedlają ilość genomu osoby, którą odziedziczyła po osobach żyjących w określonym obszarze w określonym punkcie w przeszłości. Jeśli twój raport przodków mówi, że jesteś 50% Irlandczykiem, oznacza to, że masz wiele sekund do czwartego kuzynów, którzy obecnie mieszkają w Irlandii, mówi Bradburd. Ale w rzeczywistości twoje drzewo genealogiczne jest bardziej jak film niż ta migawka.
Metoda statystyczna opracowana przez Bradburd i kolegów z UM Michael Grundler i Jonathan Terhorst może dać ludziom „filmową” wersję ich przodków, pokazującą, gdzie pochodzą ich przodkowie i jak poruszali się po całym świecie. Metoda wykorzystuje nowoczesne próbki sekwencji genetycznej, szacuje wszystkie lokalizacje genetycznych przodków jednostki, identyfikuje średnią lokalizację tych osób w oparciu o założenia dotyczące poruszania się ludzi, i śledzi je przez wieki.
Metodę naukowców może być stosowana w celu śledzenia ludzkiego przodków. Można go również wykorzystać do śledzenia pojawienia się wirusów, rozbieżności populacji zwierząt i innych śledzenia genealogicznych. Ich wyniki są publikowane w czasopiśmie Science.
„Istnieją sposoby, w jakie raporty pochodzenia konsumentów są interesujące, a na pewno potężne jest poznanie swojej historii, szczególnie dla osób, które zostały przyjęte lub osierocone lub są odłączone od ich rodziny” – powiedział Bradburd. „Ale istnieją inne sposoby, w jakie te raporty przodków mogą być naprawdę problematyczne. Naprawdę rezygnują z pojęć biologicznego esencjonalizmu rasy, ponieważ na przykład przedstawiają te kategorie Irlandii, jakby były ideałami, że są prawdziwe i niezmienne w czasie”.
Ale naukowcy wiedzą, że tak nie jest. Pole, wykute przez nagradzanego Nobla genetyka Svante Pääbo, opracowało narzędzia do genotypowania starożytnego DNA. Umożliwia to naukowcom śledzenie fal ludzkich populacji, które rozprzestrzeniają się na całym świecie – szczególnie w Eurazji, gdzie dzieje się większość tego rodzaju sekwencjonowania genetycznego, mówi Bradburd. Umożliwiło to badaczom, jak grupy ludzkie wchodzą i opuszczają regiony geograficzne w czasie.
„Ponieważ genetyczny smak lokalizacji zmienia się tak bardzo z czasem, wiemy, że bezsensowne jest mówienie:„ To oznacza bycie Irlandczykiem ” – powiedział Bradburd. „Nie chodzi tylko o to, że bycie„ genetycznie irlandzkim ”nic nie znaczy; oznacza to również, że jesteś wszystkim”.
Bradburd wskazuje na eksperyment myślowy w biologii człowieka: wyobraź sobie dwóch biologicznych rodziców i czterech dziadków biologicznych. To podwaja każde pokolenie i musi tylko podwoić stosunkowo niewielką liczbę pokoleń, zanim będzie więcej ludzi w tej bezpośredniej linii niż kiedykolwiek żyli ludzie na ziemi.
Oznacza to również, że nie musisz cofać się w czasie, aby odkryć, że wielu ludzi ma wielu przodków.
„Ponieważ nasze rodowody wybuchają tak szybko, muszą również zawalić się w tym samym sensie, że ty i ja musimy podzielić się wieloma krewnymi w wielu punktach czasu, i to prawda dla każdej żyjącej osoby na Ziemi” – powiedział Bradburd. „Wszyscy jesteśmy niezwykle ściśle ze sobą powiązani”.
Bradburd powiedział, że raporty z przodków są dokładne, ale konkretnie, gdy są powiązane z okresem.
„Raporty z przodków nie są w błędzie, ale pomijają bardzo ważny komponent, czyli„ kiedy „masz irlandzkie pochodzenie” – powiedział Bradburd. „Ponieważ wiemy, że współczesna ludzka linia powstała w Afryce, jest tak dokładne stwierdzenie, że masz 100% afrykańskie pochodzenie w głębszym horyzoncie czasowym”.
Metoda statystyczna, zwana GAIA (algorytm wnioskowania pochodzenia geograficznego), zaczyna się od bardzo prostego założenia o poruszaniu się jednostek: zwykle poruszają się lokalnie. Metoda łączy to założenie z lokalizacją współczesnych osób i strukturą genetyczną, która wiąże je zwana wykresem rekombinacji przodków.
Z tymi dwoma informacjami i prostym modelem poruszania się jednostek naukowcy mogą obliczyć „najbardziej oszczędne lokalizacje przodków”, mówi Bradburd. Następnie naukowcy mogą propagować te informacje z powrotem w przeszłości.
Praca Bradburda odpowiada na telefon z National Academy of Sciences, wzywając badaczy pracujących nad genetyką populacji ludzkiej do odejścia od wytwórni opartych na wyścigach. Chociaż socjologiczne rzeczywistości rasy są niezaprzeczalne, kategorie rasowe nie przewidują dobrych prognoz odmian genetycznych, mówi.
Ze względu na rozłączenie rasy i genetyki etykiety rasowe często mogą być nieprecyzyjne: dwie osoby mogą dzielić tę samą etykietę, ale są ze sobą ściślej lub mniej powiązane. Ponadto, ponieważ genetyka na pewnym obszarze geograficznym może z czasem tak bardzo się zmieniać, etykiety geograficzne i krajowe mogą również wprowadzać w błąd, mówi Bradburd.
„Mówienie, że jesteś„ genetycznie irlandzkim ”, sprawia, że„ Irlandczycy ”zawsze miało na myśli to samo, a genetycznie wiemy, że to nie jest prawdą, a także każdy, kto jest Irlandczykiem – co oznacza, że odziedziczył części swojego genomu od ludzi, którzy mieszkali w Irlandii – jest tylko Irlandczykiem z szacunkiem dla określonego horyzontu czasu” – powiedział. „To, że te etykiety wyścigowe połysują oba te ważne informacje, jest dużą utratą specyficzności, a także stanowi bardzo realne zagrożenie dla broni nauki dla środków politycznych”.
Metodę opracowaną przez zespół Bradburdu można zastosować do systemów innych niż ludzka genetyka. Naukowcy mogą wykorzystać tę metodę, aby spojrzeć na dystrybucję genetyczną badanych organizmów. Badburd mówi, że naukowcy mogą również wykorzystać tę metodę, aby dowiedzieć się o migracji organizmów – ludzkich i innych.
Na przykład naukowcy byli w stanie przyjrzeć się miarom genetycznego podobieństwa populacji między dwoma lokalizacjami i wnioskować, że są mniej lub bardziej ściśle związane przez migrację lub mniej lub bardziej izolowane od siebie. Ale to narzędzie pozwala badaczom przypiąć harmonogram, kiedy te ruchy miały miejsce.
I to narzędzie może mieć zastosowanie w tym przypadku do więcej niż śledzenia ludzkiej genetyki – można je wykorzystać do ustalenia, kiedy choroba mogła wyłonić się z określonego regionu świata. Grupa UM współpracuje z badaczami w Australii, aby dowiedzieć się, w jaki sposób komary skolonizowały wyspy Południowego Pacyfiku, a z naukowcami w Michigan i Ohio, aby zrozumieć historię i rozproszenie grzechotników z Massasauga.
„To jedna z rzeczy, które jestem bardzo podekscytowany – możesz użyć tej metody do identyfikacji wzorców rozproszenia w czasie i między określonymi lokalizacjami” – powiedział Bradburd. „Pojęcia pochodzenia nie muszą być statyczne. Zamiast tego powinieneś uznać je za dynamiczne, interesujące i zrozumiałe jako film niż jako zdjęcie”.