Geschiedenis baseren op DNA van levende mensen en fossielen is moeilijker dan gedacht.
Michiel van Nieuwstadt in NRC 19 feb 2011 p. 4 en 5.
 |
Peter de Knijff (* 23 juni 1956) promoveerde in 1992 in leiden. Sinds
1994 is hij hoofd van het Forensisch laboratorium voor DNA-onderzoek
aan het leids UMC. Hij is gespecialiseerd in de reconstructie
van evolutionaire stambomen aan de hand van het Y-chromosoom. De Knijff treedt geregeld op als getuigedeskundige in rechtszaken en doet onderzoek naar de spreiding van genen en talen in geïsoleerde dalen van het Himalayagebied. Taalgrenzen bleken in het gebied redelijk samen te vallen met genetische grenzen. Naar een verklaring van dat fenomeen is De Knijff nog op zoek, want taalgrenzen zijn in het verleden "nergens ter wereld een belemmering geweest voor de uitwisseling van genen". |
Geef me uw DNA, dan vertel ik wie u bent en wie uw voorouders zijn. Die belofte leken genetici de afgelopen jaren aardig waar te maken. Europeanen zouden Neanderthalers zijn in het diepst van hun genen. Erfelijk materiaal onthulde onze verwantschap aan jagers-verzamelaars die 35.000 jaar geleden Europa binnentrokken en ook voor de blauwe ogen van een deel van de Europeanen werd een verklaring gevonden.
Populatiegenetici presenteerden zo antwoorden op prangende vragen. Wie zijn we? Waar komen we vandaan? Het leek een kwestie van tijd voordat elke wereldburger zijn afstamming van koningen of keuterboeren met keiharde data zou kunnen onderbouwen.
Maar wie dezer dagen op bezoek gaat bij geneticus Peter de Knijff, twee jaar geleden zelf betrokken bij de studie naar het Nederlands bloed van jagersverzamelaars, moet niet meer rekenen op sappige geschiedenislessen. Sporen in de genen van levende mensen en fossielen zijn de laatste jaren nogal eens te voortvarend geïnterpreteerd, legt hij uit op zijn werkkamer op het Forensisch Laboratorium voor DNA Onderzoek in Leiden. "We hebben in mijn vakgebied te maken met grote onzekerheden. Maar daar lees je zelden iets van terug in de kranten. Journalisten haten die nuance."
KLASSIEK VOORBEELD
De Knijff zelf zegt glunderend dat hij geniet van alle twijfel en onzekerheid. In een donderdag gepubliceerde
wetenschappelijke studie gebruikt hij zichzelf als casus om te laten zien welke problemen optreden bij de voorspelling van
iemands afkomst uit zijn genen. Het artikel, geschreven met Manfred Kayser (Erasmus MC), werd donderdag
online gepubliceerd in Nature Reviews Genetics.
"Ik ben een klassiek voorbeeld", zegt De Knijff (rood-blond haar, blauwe ogen). "Mijn mitochondriaal DNA [dat van moeder op kind wordtdoorgegeven] is heel specifiek voor het zuidoosten van de Balkan, zeg maar de grens tussen Bulgarije en Turkije. Voor mijn Y-chromosoom [dat overerft van vader op zoon] geldt hetzelfde. Wanneer ik als misdadiger mijn DNA-spoor ergens had achtergelaten, dan zouden genetici die zich hierop baseren kunnen concluderen dat ik uit de Balkan kwam. Maar als je naar mijn autosomale DNA kijkt, het-DNA in de kern van mijn cellen, dan ben ik een klassieke kaaskop uit het noordwesten van Europa. Dat blijkt uit een vergelijking van meer dan een half miljoen zogeheten polymorfismen, kopieerfouten in het DNA van de kern van mijn cellen."
Kopieerfouten van een enkele base in ons DNA (single nucleotide polymorphisms) verspreiden zich in het nageslacht als kleurige vlaggetjes die kunnen worden ingetekend op kaarten. Zo is te zien hoe verwanten zich in de loop van de tijd over de wereld hebben verspreid.
Dat de verspreiding van de mens over de wereld vanuit Afrika herkenbaar is in de variëteit van onzé genen is vanaf medio jaren negentig in studie na studie bevestigd. Mensen in Afrika zijn genetisch ongekend divers en die verscheidenheid neemt geleidelijk af naarmate je mensengroepen onderzoekt die verder van Afrika vandaan wonen.
Wetenschappers slaagden erin om ook de verspreiding van steeds kleinere genetische groepen over de wereld te relateren aan een kruimelspoor van individuele kopieerfouten. Telling van grote aantallen kopieerfouten in het drie miljard basen tellende genoom in de kern van menselijke cellen levert de meest betrouwbare geografische reconstructies op.
De Knijff: "In onze studie van donderdag laten wij zien dat je 20 tot 40 zorgvuldig gekozen kopieerfouten nodig hebt om te achterhalen uit welk werelddeel iemand afkomstig is. Als je de herkomst van mensen binnen een continent als Europa wilt specificeren, dan heb je vele duizenden van deze kopieerfouten nodig. En de allerbeste betrouwbaarheid behaal je wanneer je die data combineert met gegevens uit het mitochondriaal DNA en het Y-chromosoom."
Peter de Knijff was de laatste jaren meermaals in het nieuws rond de moordzaak Marianne Vaatstra, waarin hij optrad als getuige-deskundige. Zijn onderzoek aan het Y-chromosoom in DNA-sporen die op haar lichaam werden aangetroffen, maakte duidelijk dat de moordenaar "zeer waarschijnlijk" een Noordwest-Europeaan was en niet iemand uit het Midden-Oosten. De analyse, zo legde De Knijff in 2006 uit in zijn oratie, was destijds aanleiding om het politieonderzoek onder asielzoekers te minimaliseren.
Die conclusie was dus niet gebaseerd op de in methodologisch opzicht ideale combinatie van het Y-chromosoom, mitochondriaal DNA en een vergelijking van duizenden polymorfismen in het kern-DNA. In de media kwam er kritiek op. Volgens De Knijff hebben zijn critici "geen inzicht" in de wijze waarop hij met politie en justitie communiceert qver de betrouwbaarheid van zijn onderzoeksresultaten. "Meer kan ik er niet over zeggen zo lang onderzoek in deze zaak loopt."
Vast staat dat het Y-chromosoom alleen doorgaans niet voldoende is om iemand herkomst precies te bepalen. "Maar bij forensische sporen heb je vaak te weinig DNA in handen", aldus De Knijff. Ook in de wetenschap gelden grenzen aan de bewijskracht van Y-chromosomenalleen. Dik twee jaar geleden reconstrueerde De Knijff met collega's de migratieroutes waarlangs onze voorouders Nederland bereikten aan de hand van Y-chromosomen van 200 Nederlandse scholieren: "De polymorfismen die wij gebruikten, wezen er toen opdat de afkomst van Nederlanders voor zo'n 80 procent valt te herleiden tot een populatie van jagers-verzamelaars die vanuit Midden-Europa ons land binnentrokken." Intussen lijkt her erop dat de zaken anders liggen. De Knijff: "Vorig jaar verscheen er in Plos Biology een studie van Mark Jobling die liet zien dat het door ons gebruikte polymorfisme R1B is ontstaan in de jongste steentijd en dus niet duidt op een verleden als jager-verzamelaar. Opbasis van die gegevens die wij ter beschikking hadden, konden wij dat niet weten. Op zichzelf vind ik het niet erg dat mijn theorie niet zou kloppen. Zo werkt de wetenschap nu eenmaal. Om zich heen ziet De Knijff ook collega's die tellingen van kopieerfouten in DNA al te voortvarend interpreteren.
SEKS
Als voorbeeld noemt hij recente
reconstructies van het DNA van Neanderthalers en andere oermensen. De
Zweedse wetenschapper Svante Pääbo rekende medio vorig jaar uit dat
tussen één en vier procent van de kopieerfoutjes in het kern-DNA van de
Neanderthaler wél herleidbaar zijn tot moderne Europeanen, maar niet
tot Afrika, het oorspronkelijke leefgebied van de moderne mens.
Conclusie: Europeanen en Neanderthalers
hadden ruim 50.000 jaar geleden seks
met elkaar en hadden vruchtbare nakomelingen (Science,6 mei 2010). Eind
vorig jaar berichtte Pääbo dat er in diezelfde tijd naast de Neanderthaler
nog een derde mensensoort of -ras rondzwierf over de ijzige vlakten van
Siberië (Nature, 23 december 2010).
Dat viel te concluderen uit een vergelijking van het kern-DNA van moderne mensen (Homo sapiens),
Neanderthalers en deze derde etnische groep: de Denisova-mensen.
"Pääbo en zijn collega's geven duidelijk aan hoe groot de onzekerheden van hun reconstructies zijn", zegt De Knijff. "De drie miljard letters of baseparen in het DNA zijn gemiddeld 1,5 keer afgelezen. Je moet je in alle eerlijkheid afvragen of je daar wat aan hebt omdat er in dat proces zoveel fouten worden gemaakt."
BESCHADIGD
Om de genetische code
te kunnen aflezen is het DNA door
Pääbo en zijn collega's uit fossiele
borten geïsoleerd, vermenigvuldigd
en gelabeld. De Knijff: "We weten dat
de apparaten die het DNA vermenigvuldigen een foutenmarge hebben.
Dat geldt ook voor de apparaten die
het DNA aflezen. En tenslotte weten
we dat oud DNA in de loop van de tijd
beschadigd is geraakt. Je hebt dus te
maken met zeker drie verstorende
factoren."
De Knijff citeert een studie van zijn Britse collega Chris Tyler Smith (Current Biology, 2004). Smith vergeleek de Y-chromosomen van vijf Chinese mannen met dezelfde stamvader. De Knijff: "Toen Tyler-Smith de Y-chromosomen tien keer gesequenced had vond hij een mutatiesnelheid die duizend keer hoger lag dan je normaal gesproken zou verwachten. Hj wist al van te voren dat zelfs tien keer sequencen niet diep genoeg is, omdat je bij het aflezen van elke base een foutenmarge hebt van 5 à 10 procent. Tyler-Smyth deed deze excercitie alleen maar om erachter te komen hoeveel moeite je moet doen om af te komen van alle rotzooi in je data. Zover zijn we de Neanderthaler nog lang niet."
"Je kunt er zeker van zijn dat heel erg veel van de mutaties waarin deze oude mensachtigen zouden verschillen van Homo sapiens in de vuilnisbak zullen belanden."
En er is meer kritiek. De Knijff betwijfelt of er van de kopieerfoutjes, de polymorfismen, in het genoom van de Neanderthaler werkelijk geen enkele is terug te vinden in het genoom van moderne Afrikanen, zoals in Science en Nature is gerapporteerd. "Pääbo baseert zich op een vergelijking van het Neanderthalergenoom met het genoom van drie moderne Afrikanen. Maar we weten dat de genetische variatie binnen Afrika veel groter is dan daarbuiten. Het lijkt me dus aannemelijk dat we, wanneer we meer genomen gaan vergelijken, ook polymorfismen zullen vinden die Neanderthalers en Aftikanen delen."
De bottom line , zegt De Knijff, is dat niet vaststaat dat Neanderthalers en moderne mensen het met elkaar deden. "Misschien zien we in de genen toch gewoon een signaal dat herleidbaar is tot een gemeenschappelijke voorouder uit Afrika." Die zou tussen 500.000 en 800.000 jaar geleden hebben geleefd.
LACTOSETOLERANTIE
De Knijff haalt gelukkig niet alle verhalen die in onze genen liggen onderuit: "Ik vind de
lactosetolerantie het mooiste voorbeeld. In 6.000 jaar paste meer dan 50
procent van de Nederlandse bevolking zijn genen zo aan dat ze de lactose [een suiker] in melk niet alleen als
baby, maar ook als volwassene konden verteren. Die lactosetolerantie bij
volwassenen is twee keer ontstaan,
door verschillende mutaties in hetzelfde gen. De mutatie voor mensen
buiten Aftika is een andere dan de
mutatie binnen Afrika. De Masai in
Kenia zijn net als veel mensen in
Noordwest-Europa lactosetolerant
omdat zij iets later dan wij hebben
'geleerd' dat het wel handig is om op
volwassen leeftijd melk te blijven
drinken. Nu kunnen we die mutatie
gaan gebruiken om verwantschappen
tussen mensen in Afrika in beeld te
brengen. Dat is fascinerend omdat de
genetische geschiedenis van Afrika zo
complex is. De mens is er verschillende keren van noord naar zuid gemigreerd en heeft meermalen op de
rand van uitsterven gestaan door infectieziekten of oorlog."
Ook de aanpassing van onze zwarte voorouders aan zonarmere leefgebieden in het noorden heeft zich in de loop van de evolutie meer dan eens voltrokken. Zonlicht dringt makkelijker door in een lichtere huid en dat bevordert de aanmaak van vitamine D. Genonderzoek toont aan dat Aziaten en Europeanen hun lichtere huidskleur elk op hun eigen manier verwierven. De Knijff: "Het is toch fascinerend om te zien dat de menselijke evolutie meermalen langs dezelfde lijnen kan verlopen, bij het ontstaan van lactosetolerantie én bij het ontstaan van een lichtere huidskleur."
Toch moeten populatiegenetici ook in de verklaring van verschillen tussen rassen niet al te hard van stapel lopen, vindt De Knijff. "Er is geopperd dat vrouwen blauwe ogen gewoon enorm aantrekkelijk vonden. Dan zou een puntmutatie,die blauwe ogen veroorzaakt zich op een explosieve manier door de bevolking kunnen verspreiden. Maar ik denk dat zoiets ook bij toeval kan gebeuren. We hebben een onbedwingbare behoefte om overal altijd een rationele oorzaak bij te verzinnen. Toeval kan vaak evengoed een verklaring zijn. Het is alleen hartstikke vervelend om dat als kop van je verhaal te gebruiken."