Nel nostro genoma le tracce di antenati “fantasma”

Il sequenziamento dei genomi di Neanderthal e Denisoviani ha profondamente modificato il modo in cui ricostruiamo la nostra storia evolutiva. Questi dati hanno mostrato, infatti, che Homo sapiens non si è semplicemente sostituito alle altre popolazioni umane presenti in Eurasia, ma, in più occasioni, si è incrociato con esse (ne abbiamo parlato qui e qui). La conseguenza è che le popolazioni umane attuali conservano tratti dei genomi ereditati dai Neanderthal e dai Denisoviani (ne abbiamo parlato qui e qui).

A fronte di queste nuove opportunità è stato però necessario accettare il limite che possiamo riconoscere con relativa facilità il DNA proveniente da un’altra popolazione o specie quando disponiamo del suo genoma. Per Neanderthal e Denisoviani questo è possibile grazie al DNA estratto da resti scheletrici antichi, ma come possiamo riconoscere il contributo genetico di popolazioni delle quali non possediamo alcun genoma?

Un nuovo studio pubblicato su Science dal gruppo di ricerca coordinato da Priya Moorjani dell’Università della California a Berkeley ha affrontato questo problema sviluppando un approccio denominato TRACE, acronimo di TRacking Archaic Contributions via ARG Estimation, che permette di identificare nel nostro DNA le tracce lasciate da popolazioni umane arcaiche delle quali non possediamo alcun genoma.

Inseguendo tracce nascoste!

L’idea alla base di TRACE è particolarmente interessante perché gli autori hanno deciso di utilizzare quelli che vengono definiti ancestral recombination graphs, o ARG, vere e proprie ricostruzioni che descrivono le relazioni genealogiche tra diverse regioni dei genomi presenti in una popolazione.

Così come la filogenesi integra le caratteristiche di una data struttura con i rapporti di parentela tra specie per ricostruirne l’evoluzione, allo stesso modo le diverse parti del nostro genoma possono avere storie genealogiche differenti. Di conseguenza, in alcuni tratti due sequenze di DNA possono essere molto simili perché condividono un antenato relativamente recente, mentre in altri, anche a causa degli eventi di ricombinazione che nel tempo hanno rimescolato i cromosomi, possono riflettere storie genealogiche differenti e separazioni molto più antiche.

Priya Moorjani e colleghi hanno quindi ipotizzato che, se un tratto di DNA fosse entrato nel genoma di Homo sapiens attraverso l’incrocio con una popolazione arcaica profondamente divergente, quella regione dovrebbe mostrare una genealogia anomala rispetto all’atteso e suggerire una “parentela” più profonda di quella tipica della maggior parte del resto del genoma.

TRACE cerca proprio queste “anomalie” combinando informazioni sulla genealogia delle sequenze e sulla lunghezza dei segmenti ereditati. Questo approccio permette di distinguere, da un punto di vista statistico, un evento di introgressione dalla persistenza di varianti molto antiche già presenti nell’antenato comune delle diverse popolazioni o specie. L’aspetto più importante è che le simulazioni effettuate dagli autori indicano che il metodo consente di riconoscere con buona precisione i segmenti di origine arcaica in differenti scenari demografici.

Una prima verifica con Neanderthal e Denisoviani

Come prima prova, Priya Moorjani e colleghi hanno verificato se TRACE era in grado di ritrovare introgressioni che già conosciamo. Applicando il loro metodo di analisi ai genomi presenti nel 1000 Genomes Project, gli autori hanno identificato sia tratti di DNA riconducibili all’introgressione neandertaliana nelle popolazioni non africane sia le tracce di origine denisoviana nelle popolazioni dell’Asia orientale e meridionale, dove erano già stati descritti attraverso il confronto con genomi antichi. Questa concordanza rappresenta un controllo importante perché indica che il metodo funziona e riesce a identificare tratti di DNA arrivati nella nostra specie attraverso l’ibridazione con popolazioni o specie arcaiche.

L’aspetto più interessante è emerso però quando gli autori hanno osservato che esistevano altri tratti di DNA che TRACE classificava come arcaici, ma che non potevano essere attribuiti né ai Neanderthal né ai Denisoviani. Queste sequenze suggeriscono l’esistenza di contributi genetici provenienti da popolazioni arcaiche ancora non caratterizzate geneticamente, indicate comunemente come ghost populations, ovvero veri e propri gruppi umani “fantasma” di cui non possediamo alcun genoma antico.

Un’osservazione successiva ha permesso di indicare che questa eredità arcaica “fantasma” è presente sia nelle popolazioni africane sia in quelle non africane con una distribuzione che è compatibile con un evento di introgressione avvenuto prima della grande espansione fuori dall’Africa degli antenati delle attuali popolazioni non africane.

Prima però che la fantasia ci porti già a immaginare antichi antenati misteriosi, è importante chiarire che TRACE non ha scoperto necessariamente una nuova specie umana, ma ha indicato semplicemente che la popolazione o specie che ha fornito quei segmenti genetici non è ancora rappresentata da un genoma antico conosciuto. Potrebbe quindi trattarsi, ad esempio, di una popolazione già nota attraverso resti scheletrici, di cui però non possediamo DNA utilizzabile per analisi molecolari.

Quei tratti di DNA che non ti aspetti!

Negli ultimi mesi varie pubblicazioni hanno studiato le regioni del nostro genoma in cui il DNA neandertaliano e denisoviano è quasi completamente assente. Queste regioni sono state spesso indicate come archaic ancestry deserts e la loro esistenza è stata interpretata come conseguenza dell’azione della selezione naturale, che avrebbe progressivamente eliminato varianti incompatibili con il funzionamento di alcuni nostri organi e tessuti (ne abbiamo parlato qui).

In modo sorprendente, TRACE mostra che diversi di questi deserti contengono segmenti attribuibili alla componente arcaica “fantasma”. Questi tratti non sarebbero quindi necessariamente tipici della nostra specie, in quanto a loro interno sono in realtà presenti segmenti provenienti da altre popolazioni umane, entrati nel nostro genoma in tempi più antichi rispetto alle introgressioni neandertaliana e denisoviana. Quelli che abbiamo visto come deserti privi dell’eredità genetica di altri gruppi umani arcaici non sono quindi regioni rimaste realmente isolate dal flusso genico con altre popolazioni umane antiche.

Il dato più sorprendente è però emerso negli abitanti della Melanesia, in cui TRACE ha identificato una componente di DNA denisoviano, già nota per essere particolarmente elevata in queste popolazioni, e ha inoltre individuato all’interno di tali segmenti di origine denisoviana tracce di linee genealogiche ancora più antiche.

Secondo gli autori, questo risultato è compatibile con uno scenario nel quale i Denisoviani avrebbero ricevuto DNA da una popolazione ancora più antica, definita super-arcaica, e successivamente una parte di questo DNA sarebbe arrivata nelle popolazioni di Homo sapiens della Melanesia attraverso gli incroci con i Denisoviani. In questo caso avremmo quindi una duplice introgressione di DNA, prima dalla popolazione super-arcaica ai Denisoviani e poi dai Denisoviani agli antenati delle popolazioni attuali della Melanesia.

Ad incrementare ulteriormente l’interesse per tale introgressione c’è l’osservazione che all’interno di queste regioni sono presenti geni coinvolti nella risposta immunitaria, compreso il complesso maggiore di istocompatibilità, oltre che nel metabolismo della vitamina D. Saranno necessari ulteriori studi per capire se queste sequenze abbiano effettivamente avuto conseguenze funzionali o adattative nelle popolazioni umane, ma grazie a TRACE l’interesse per queste regioni è indubbiamente aumentato.

Non sappiamo ancora chi fossero gli ominini “fantasma” identificati in questo studio e tantomeno possiamo assegnare un nome alla popolazione super-arcaica che sembra avere contribuito indirettamente al genoma degli attuali abitanti della Melanesia. Gli autori indicano però Homo erectus come uno dei possibili candidati per questa componente super-arcaica, poiché la sua origine sarebbe compatibile con una separazione evolutiva avvenuta circa 1,8 milioni di anni fa.

Forse è proprio questo uno degli aspetti più affascinanti della genomica evolutiva attuale, perché ci sprona a proseguire integrando nuovi genomi antichi, in particolare provenienti dall’Africa e dall’Asia, che saranno fondamentali per precisare meglio i tempi, le fonti e le conseguenze evolutive di questi eventi di introgressione che fino a poco tempo fa potevamo a malapena immaginare.

Riferimenti:

Zhang Y., Biddanda A., Johnson S.A., O’Dushlaine C., Moorjani P. (2026) Recovering signatures of archaic hominin introgression using ancestral recombination graphs. Science, 393, eaef8874.

Gross P. (2026) Tracing ‘ghost’ ancestry in modern humans. Nature Genetics, 58, 2078

Immagine in apertura: generata con IA