Ieri ho avuto l’onore e il piacere di fare una presentazione per la Serie di Seminari di Antropologia Evolutiva alla University College London.
Il titolo del mio seminario è stato “How to integrate Anthropology in (academic) careers within other disciplines”, ovvero: Come integrare l’antropologia in una carriera (accademica) all’interno di un’altra disciplina. La mia presentazione è stata seguita da molte domande e una discussione ampia e animata, in cui abbiamo parlato molti argomenti importanti, fra cui le scelte di carriera, i finanziamenti in antropologia, e molto altro.
Sono onorata di annunciare che da domani inizierò un nuovo progetto per cui ho ricevuto una borsa di studio dal Leverhulme Trust.
Il titolo è “Neanderthal Palaeoecology: the whens, hows, and whys of a species’ journey“, (in italiano, “La paleoecologia del Neanderthal: i quando, come e perché del percorso evolutivo di questa specie”). Lavorerò con Andrea Manica, Professore all’Università di Cambridge, e il progetto prevede la collaborazione con molti studiosi di fama internazionale (elencati alla fine del post).
Descrizione
I Neanderthal (Homo neanderthalensis) sono una specie umana vissuta in Europa, Medio Oriente, Asia Centrale e regioni limitrofe fra 350.000 e 30.000 anni fa (circa). A partire dalla scoperta del primo fossile, avvenuta nel 1856, innumerevoli studi ci hanno permesso di ricostruire tantissime informazioni su questa specie. Ma non sappiamo ancora tutto…
Negli ultimi anni è stato analizzato il DNA estratto da resti fossili di Neanderthal vissuti in vari periodi e regioni diverse. Questo ha permesso di scoprire che fra 120.000 e 90.000 anni fa la popolazione dell’Asia Centrale (geneticamente diversa da quella dell’Europa) è stata rimpiazzata da individui con un DNA più simile alle popolazioni europee. Le analisi del DNA antico ci permettono di scoprire questi cambiamenti, ma non sono in grado di indicarci i processi che li hanno causati. Fra le cause più probabili ci sono i cambiamenti climatici che sono avvenuti in quel periodo, ma non è facile dimostrarlo formalmente.
Noi abbiamo deciso di dimostrarlo riunendo un gruppo di ricerca interdisciplinare composto da archeologi, ecologi, modellisti del clima del passato ed esperti di evoluzione culturale. Insieme studieremo il ruolo del clima nella distribuzione geografica dei Neanderthal dalla comparsa della specie fino alla loro estinzione, in tutte le zone che hanno occupato. Questo ci permetterà di capire dove hanno vissuto i Neanderthal nei vari periodi, e se il clima ha portato alcune popolazioni a rimanere isolate rispetto alle altre, per poi creare dei nuovi “corridoi” che le mettevano di nuovo in contatto.
Prenderemo anche in considerazione come sono cambiati nel tempo gli strumenti in pietra, che i Neanderthal usavano per la caccia, per la preparazione del cibo e per la lavorazione dei materiali. L’idea è capire se e come le diverse popolazioni neanderthaliane hanno modificato i loro comportamenti quando cambiava il clima, per esempio adattando i loro strumenti alle prede disponibili nei diversi tipi di clima.
In questo modo saremo in grado di inserire all’interno di un contesto più ampio le dinamiche di popolazioni osservate, per testare se i cambiamenti climatici ne sono stati una delle cause. Ma soprattutto, per la prima volta saremo in grado di definire il ruolo del clima nell’evoluzione dei Neanderthal prendendo in considerazione anche la loro cultura, per gettare nuova luce sui quando, come e perché del percorso evolutivo di un’altra umanità.
Collaboratori
Il progetto di ricerca è in collaborazione con questi scienziati (in ordine di adesione):
Prof. Katerina Harvati, Università di Tubinga
Prof. Francesco D’Errico, Università di Bordeaux
Dr. William E. Banks (PhD), Università di Bordeaux
Dr. Judith Beier (PhD), Università di Tubinga
Dr. Philip Nigst (PhD), Università di Vienna
Dr. Andrew Kandel (PhD), Università di Tubinga
Zara Kanaeva, Università di Tubinga
Prova anche tu!
Se volete capire come i cambiamenti climatici influenzano la distribuzione delle specie nel tempo, potete sperimentarlo di persona utilizzando il mio gioco da tavolo gratuito!
Un preprint a cui ho collaborato è appena uscito su bioRxiv!
In questo lavoro, abbiamo studiato il ruolo del clima e delle montagne nel plasmare la variabilità genetica umana passata e presente.
Lo studio del DNA ci dice che le popolazioni umane contemporanee derivano dalla mescolanza di gruppi ancestrali diversi fra loro, le cui origini sono sconosciute. In teoria, analizzare campioni di DNA antico potrebbe aiutare a capire meglio la loro origine, Purtroppo in questo caso non è possibile perché non abbiamo abbastanza campioni dell’età giusta.
Per questo motivo abbiamo utilizzato una strategia diversa. Abbiamo simulato la storia genetica degli esseri umani nella loro diffusione fuori dall’Africa, utilizzando diversi valori per definire come le popolazioni si spostavano e reagivano ai cambiamenti del clima. In questo modo possiamo vedere se siamo in grado di ricostruire la diversità genetica osservata (spoiler: sì!) e quali parametri e variabili climatiche l’hanno influenzata.
Per esempio, i nostri risultati indicano che l’aridità è il fattore chiave che controlla quando gli esseri umani sono usciti dall’Africa per colonizzare il resto del mondo. Abbiamo anche visto che le montagne possono agire come enormi barriere genetiche ma solo in alcune aree (ad esempio succede per il Caucaso e l’Himalaya, ma non per gli Urali).
Grazie a questo studio, non solo abbiamo potuto ricostruire una parte importante della nostra storia genetica, ma abbiamo anche potuto definire quanto e quando il clima e le montagne hanno facilitato o ostacolato la nostra diffusione fuori dall’Africa.
Preprint
Pierpaolo Maisano Delser, Mario Krapp, Robert Beyer, Eppie R Jones, Eleanor F Miller, Anahit Hovhannisyan, Michelle Parker, Veronika Siska, Maria Teresa Vizzari, Elizabeth J. Pearmain, Ivan Imaz-Rosshandler, Michela Leonardi, Gian Luigi Somma, Jason Hodgson, Eirlys Tysall, Zhe Xue, Lara Cassidy, Daniel G Bradley, Anders Eriksson, Andrea Manica Climate and mountains shaped human ancestral genetic lineages bioRxiv 2021.07.13.452067; doi: https://doi.org/10.1101/2021.07.13.452067
Abstract
Extensive sequencing of modern and ancient human genomes has revealed that contemporary populations can be explained as the result of recent mixing of a few distinct ancestral genetic lineages. But the small number of aDNA samples that predate the Last Glacial Maximum means that the origins of these lineages are not well understood. Here, we circumvent the limited sampling by modelling explicitly the effect of climatic changes and terrain on population demography and migrations through time and space, and show that these factors are sufficient to explain the divergence among ancestral lineages. Our reconstructions show that the sharp separation between African and Eurasian lineages is a consequence of only a few limited periods of connectivity through the arid Arabian peninsula, which acted as the gate out of the African continent. The subsequent spread across Eurasia was then mostly shaped by mountain ranges, and to a lesser extent deserts, leading to the split of Europeans and Asians, and the further diversification of these two groups. A high tolerance to cold climates allowed the persistence at high latitudes even during the Last Glacial Maximum, maintaining a pocket in Beringia that led to the later, rapid colonisation of the Americas. The advent of food production was associated with an increase in movement, but mountains and climate have been shown to still play a major role even in this latter period, affecting the mixing of the ancestral lineages that we have shown to be shaped by those two factors in the first place.
Abbiamo analizzato più di 100 specie di uccelli dell’emisfero Nord, scoprendo che la genetica e l’ecologia non concordano nel ricostruire come hanno reagito alle fluttuazioni climatiche del passato.
Perché è interessante? Le ricostruzioni messe a confronto nel nostro articolo (una basata su dati genetici, l’altra su modelli ecologici) sono normalmente utilizzate per valutare come le specie possono reagire all’attuale emergenza climatica.
Nel nostro studio, dimostriamo che quando confrontiamo questi due metodi in maniera sistematica per molte specie tendono a raccontarci storie abbastanza diverse. Ciò non significa che si sbagliano: metodi diversi si basano su presupposti diversi, ed è probabile che a ciascuno di essi manchi una parte piccola ma significativa dell’intera storia.
Quindi, quando usiamo questi metodi, la chiave è l’interdisciplinarietà: l’integrazione nelle analisi di diversi tipi di dati aiuta ad affrontare queste limitazioni e ottenere risultati più affidabili.
During the Quaternary, large climate oscillations impacted the distribution and demography of species globally. Two approaches have played a major role in reconstructing changes through time: Bayesian Skyline Plots (BSPs), which reconstruct population fluctuations based on genetic data, and Species Distribution Models (SDMs), which allow us to back-cast the range occupied by a species based on its climatic preferences. In this paper, we contrast these two approaches by applying them to a large data set of 102 Holarctic bird species, for which both mitochondrial DNA sequences and distribution maps are available, to reconstruct their dynamics since the Last Glacial Maximum (LGM). Most species experienced an increase in effective population size (Ne, as estimated by BSPs) as well as an increase in geographical range (as reconstructed by SDMs) since the LGM; however, we found no correlation between the magnitude of changes in Ne and range size. The only clear signal we could detect was a later and greater increase in Ne for wetland birds compared to species that live in other habitats, a probable consequence of a delayed and more extensive increase in the extent of this habitat type after the LGM. The lack of correlation between SDM and BSP reconstructions could not be reconciled even when range shifts were considered. We suggest that this pattern might be linked to changes in population densities, which can be independent of range changes, and caution that interpreting either SDMs or BSPs independently is problematic and potentially misleading.
È appena uscito su BioRxiv un nuovo preprint a cui ho lavorato.
Quando le specie temperate che vivono nell’emisfero nord mostrano una struttura genetica senza che ci sia un motivo evidente per spiegarla, è probabile che dipenda da ciò che è successo durante l’ultima glaciazione.
L’espansione dei ghiacci intorno a 21.000 anni fa ha portato molte specie a doversi spostare nei cosiddetti “rifugi glaciali”, zone più a sud dove il clima rimaneva più mite. Se di zone rifugio ce n’erano più di una, ed erano isolate fra di loro, quella che prima era una singola popolazione poteva dividersi e differenziarsi, e poi mantenuere questa struttura genetica tornando a nord dopo la fine della glaciazione.
È importante, però, non dare per scontato che la presenza di rifugi glaciali diversi sia la spiegazione principale quando si osserva della struttura genetica. Per dimostrarlo, abbiamo testato se questa ipotesi è valida per la parula delle mangrovie (Setophaga petechia), un piccolo uccello passeriforme di colore giallo che vive nel Nord America.
Maschio di parula delle mangrovie (Setophaga petechia). Foto di Alan Vernon da Flickr. Licenza: CC BY-NC-SA 2.0
Un articolo che studia la genetica di questa specie ha trovato una struttura molto evidente: le popolazioni dell’est e dell’ovest sono piuttosto diverse fra di loro, mentre quelle che vivono nella zona centrale sembrano avere caratteristiche intermedie fra le altre due.
Nel nostro studio abbiamo simulato esplicitamente la storia genetica di questo uccellino negli ultimi 50.000 anni. In questo modo abbiamo potuto testare se durante il massimo glaciale (intorno a 21.000 anni fa) la specie si fosse spostata in un solo rifugio o in più di uno, e cosa è avvenuto durante il ripopolamento del Nord America quando il clima è tornato ad essere più caldo.
Usando queste simulazioni abbiamo potuto dimostrare che la parula delle mangrovie aveva un solo rifugio glaciale. La diversità genetica osservata è invece il risultato di un’espansione asimmetrica. I ghiacci si sono ritirati in periodi diversi nell’est e nell’ovest del Nord America, e le popolazioni sono tornate verso nord in momenti diversi, il che ha creato la struttura genetica che possiamo osservare oggi.
È importante ricordare che la presenza di rifugi glaciali multipli è solo una delle possibili spiegazioni per la struttura genetica in una popolazione. Invece di considerarla la risposta standard, dovremmo verificare se è la spiegazione più probabile per la specie che si sta studiando.
During the glacial periods of the Pleistocene, swathes of the Northern Hemisphere were covered by ice sheets, tundra and permafrost leaving large areas uninhabitable for temperate and boreal species. The glacial refugia paradigm proposes that, during glaciations, species living in the Northern Hemisphere were forced southwards, forming isolated, insular populations that persisted in disjunct regions known as refugia. According to this hypothesis, as ice sheets retreated, species recolonised the continent from these glacial refugia, and the mixing of these lineages is responsible for modern patterns of genetic diversity. However, an alternative hypothesis is that complex genetic patterns could also arise simply from heterogenous post-glacial expansion dynamics, without separate refugia. Both mitochondrial and genomic data from the North American Yellow warbler (Setophaga petechia) shows the presence of an eastern and western clade, a pattern often ascribed to the presence of two refugia. Using a climate-informed spatial genetic modelling (CISGeM) framework, we were able to reconstruct past population sizes, range expansions, and likely recolonisation dynamics of this species, generating spatially and temporally explicit demographic reconstructions. The model captures the empirical genetic structure despite including only a single, large glacial refugium. The contemporary population structure observed in the data was generated during the expansion dynamics after the glaciation and is due to unbalanced rates of northward advance to the east and west linked to the melting of the icesheets. Thus, modern population structure in this species is consistent with expansion dynamics, and refugial isolation is not required to explain it, highlighting the importance of explicitly testing drivers of geographic structure.
