Two Splits Between Human and Chimp Lines Suggested

[주영권]

Two Splits Between Human and Chimp Lines Suggested

By NICHOLAS WADE

Published: May 18, 2006

The split between the human and chimpanzee lineages, a pivotal event in human evolution, may have occurred millions of years later than fossil bones suggest, and the break may not have been as clean as humans might like.

A new comparison of the human and chimp genomes suggests that after the two lineages separated, they may have begun interbreeding.

The analysis, by David Reich, Nick Patterson and colleagues at the Broad Institute in Cambridge, Mass., sets up a serious conflict between the date of the split as indicated by fossil skulls, about 7 million years ago, and the much younger date implied by genetic analysis, as late as 5.4 million years ago.

인간 진화에 있어 중추 이벤트인, 인간과 침팬지 족보들의 갈라짐은, 화석뼈들이 암시하는 것보다 수백만년들 늦게 일어났을 수 있으며, 그 쪼개짐은 인간들이 좋아할 것보다 보다 적게 깨끗했을지 모른다.  인간과 침팬지 지놈들의 새 비교가 암시하기를 그 두 족보들이 갈라진 다음, 그들이 이종교배를 시작했을지 모른다고 한다.  매사추세츠 캠브리지에 있는 Broad Institute의 David Reich, Nick Patterson 과 동료들에 의한 그 분석은, 화석 두개골들에 의해 가리켜진 7백만년전이라고 하는 날짜와 유전학적 분석에의해 암시된 5.4백만년전이라는 훨씬 더 젊은 날짜 사이에 그 갈라짐의 심각한 불일치를 일으킨다.

The conflict can be resolved, Dr. Reich's team suggests in an article published in today's Nature, if there were in fact two splits between the human and chimp lineages, with the first being followed by interbreeding between the two populations and then a second split.

The suggestion of a hybridization has startled paleoanthropologists, who nonetheless are treating the new genetic data seriously. The earliest human-lineage fossil remains, like Sahelanthropus, seem clearly to have been bipeds, walking on two feet, but the ancestors of chimps presumably walked on their two feet and the knuckles of their hands, as do modern chimps.

"If the earliest hominids are bipedal, it's hard to think of them interbreeding with the knuckle-walking chimps — it's not what we had in mind," said Daniel E. Lieberman, a biological anthropologist at Harvard.

그 불일치는, 만일 인간과 침판지 계통에 첫번의 갈라짐 다음에 그 두 그룹들간에 이종교배 그리고는 두번째 갈라지는 두번의 갈라짐이 사실 있었더라면,  해결될 수 있다고 Dr. Reich의 팀이 오는 출판된 내이처의 논문에서 제시했다.  그 잡혼의 제시는 그 새로운 유전학적 데이타를 심각하게 대하는 paleoanthropologist들을 놀라게 했다.  Sahelanthropus 같은 가장 이른 인간-계통 화석은, 분명히 두발로 걷는 두발동물이었던 것 같으나, 그 침팬지의 조상들은, 현대의 침팬지들이 그러하듯, 아마도 두 발들, 그리고 손들의 손가락 마디들로 걸었던 것 같다.  “만일 가장초기의 인류가 두발동물이었다면, 그들을 손가락 마디로 걷는 침팬지들과 이종교배 했다고 생각하기는 힘듭니다- 그게 우리가 마음에 가지고 있는 것은 아닙니다”라고 하바드의 생물학적 인류학자 Daniel Liberman이 말했다.  

Hybrid populations often go extinct because the males are sterile, Dr. Reich pointed out, so hybrid females may have mated with male chimps to produce viable offspring. The human lineage finally re-emerged from this hybrid population, Dr. Reich suggests, explaining the younger genetic dates, while the very early fossils with humanlike features may come from the earlier period before the hybridization.

David Page, a human geneticist at the Whitehead Institute in Cambridge, said the design of the new analysis was "really beautiful, with all the pieces of the puzzle laid out." Whether the hybridization will turn out to be the right solution to the puzzle remains to be seen, "but for the moment I can't think of a better explanation," he said.

These crucial events in early human evolution are hard to judge dispassionately, Dr. Page noted. "We'd like to have a more Victorian view of our genome," he said, "and this reminds us that we are really animals and gives us a glimpse of our past and of a story that we might like to have told in a different way." 잡종 그룹들은 흔히 멸종하는데 남성들이 불임성이기 때문이라고 Dr. Reich가 지적하는데, 그래서 살아남는 자손들을 생산하기 위하여 잡종 여성들이 남성 침팬지들과 교미했을지 모른다.  인간계통은 결국은 이 잡종그룹으로 부터 재-부상하였다고 Dr. Reich가 제시하는데, 인간적 모양들을 가진 아주 초기의 화석들은 잡종 이전 기간에서 왔을지 모르는 반면, 보다 젊은 유전학적 날짜들을 설명한다. 캠브리지에 있는 화이트헤드 연구소의 인간 유전학자는 새 분석의 디자인이 “그 퍼슬의 모든 조각들이 배열된, 진짜 잘된” 것이라고 말했다.  “잡종만들기가 그 퍼슬에 옳은 답으로 판명될지는 밝혀지지 않았지만, “그러나 지금으로는 나는 더 나은 설명을 생각할 수 없습니다”라고 그가 말했다.  초기 인간 진화에 있어서의 중요한 이벤트들은 무감정적으로 판단하기가 힘듭니다”라고 Dr. Page가 지적했다.  “우리는 우리의 지놈에 보다 빅토리안 시각을 갖기를 원하고 그게 우리를 우리가 진짜로 동물들이며 우리에게 우리의 과거와 우리가 다른 방법으로 얘기하고 싶어할지 모르는 한 이야기의 일견을 줍니다”라고 그가 말했다.  (빅토리안은 아주 보수적인 것을 의미한다.  예를들어, 목욕을 할 때 옷을 입고 하는 것을 말한다.  진화론으로 말하자면 완전한 빅토리안 시각은 창조론을 의미하는 것이다.  지놈은 유전인자들의 완전한 한벌을 의미한다.)     

Geneticists have previously made estimates of the human-chimp lineage split, chiefly by drawing up a primate family tree, based on the number of DNA differences in a small section of the genome, and then anchoring the tree to some well-attested date in the fossil record, like the split between orangutans and the other primates.

One such approach, in 2001, suggested the human and chimp lineages split somewhere between 4.6 and 6.2 million years ago, but recent discoveries of fossil skulls have pushed the likely date backward. The Sahelanthropus fossil, found in Chad in 2002, had upright gait, humanlike teeth and lived around seven million years ago.

The Reich team's study is a far more detailed analysis of the human and chimp genomes, and also draws on DNA sequences from the gorilla, orangutan and macaque to iron out ambiguities. Overall, they calculate that the human and chimp lines must have split finally apart at the earliest 6.3 million years ago and more probably 5.4 million years ago, a sharp discrepancy with the Sahelanthropus date.

유전학자들은 이전에 인간-침팬지 계통 갈라짐을 주로, 지놈의 한 작은 부분에 있는 DNA의 틀린점들에 기본을 둔, 영장류 족보나무를 그림을 그리고 그 나무를, 오랑우탕과 다른 영장류들 사이의 갈라짐 같은, 화석 기록상의 어느 잘-증명된 날짜에 갖다 맞춤으로써, 추산을 하였다.  한 그같은 시도가 2001년에, 인간과 침판지 계통들이 4백6십만에서 6백 2십만년전 사이의 전에 갈라졌음을 암시했으나 근래의 화석 두개골들 발견들은 그럴만한 날짜를 뒤로 밀었다.  2002년에 차드에서 발견된 Sahelanthropus 화석은 서서 걸었었고, 사람 것 같은 이빨들을 가졌으며 약 7백만년전에 살았었다.  Reich 팀의 연구는 인간과 침팬지 지놈들의 상세한 분석과는 멀고, 또한 불분명성을 없애기 위해서, 고릴라, 오랑우탕 그리고 원숭이로 부터의 DNA 염기서열들을 이용한다.   전반적으로, 그들은 인간과 침팬지 계통들이 6백 30만년전 초기에 갈라졌어야 하고, 더욱 가능한 것은, Sahelanthropus 날짜에 선명한 불일치인, 5백 40만년전일 것이다.

But besides averaging genome-wide differences in DNA to get on overall fix on when the two species split apart, they have also been able to scroll along the genome and estimate the relative age of each small section.

A principal finding is that the X chromosomes of humans and chimps appear to have diverged about 1.2 million years more recently than the other chromosomes. Females have two X chromosomes, males one X and one Y chromosome.

One explanation for this finding, Dr. Reich's team says, is that there was a hybridization between the recently separated chimp and human lineages. Although the genetics does not specify whether it was the chimp or human lineage that emerged from the hybrid population, Dr. Reich said he favored the idea that it was the human line.

The reason is that chimpanzee ancestors, well adapted for living off fruit in tropical forests, seem to have been adept at spinning off variations, such as gorillas who live on vegetation, and the human lineage, which exploited the drier woodlands that opened up between the forests.

그러나 그 두 종들이 언제 갈라졌는지레의 전반적인 DNA에 있어서의 차이점들을 평균내기만 하고있는 것 외에, 그들은 지놈을 훑어보고 각 작은 섹션마다의 비교연령을 추산할 수 있었다.  주요 발견은, 사람들과 침팬지들의 X 염색체들이 다른 염색체들보다 백 20만년 보다 근래에 달라지기 시작한 것 같다는 것이다.  암컷들은 두개의 X 염색체들을 가지며, 수컷들은 X 하나 Y 염색체 하나를 가진다.  그 발견에의 한 설명은, 근래에 갈라진 침팬지와 사람계통간에 잡종이 있었다는 것이다.  그 잡종그룹에서 부상한 것이 그게 침팬지인지 인간계통인지 비록 유전학이 구체화하지는 않지만, Dr. Reich는 그가 그게 인간계통이었다는 생각을 선호한다고 말했다.  그 이유는, 열대산림에서 과일을 먹고 살도록 적응된, 침팬지 조상들이, 식물을 먹고사는 고릴라들과 삼림들 사이에 열린 보다 마른 숲지대를 이용한 인간 같은 변종들을 부수적으로 만들어 내는데 기술이 좋았던 것 같다.    

Hybridization could have speeded adaptation to this challenging new environment and is something the emerging human lineage would have had more use for than the chimps in their stable environment, Dr. Reich said.

But the males in hybrid populations are often sterile. So the females may have had to mate with males in the chimpanzee lineage in order to produce viable descendants. In principle, they could have mated with males of the human lineage, but genetic evidence rules out that possibility, Dr. Reich said.

The Reich team's analysis is the first to have examined speciation in such a detailed way at the genomic level. Their suggestion that new species can form through a hybridization event is quite novel — biologists have often assumed that hybrid populations would die out because of hybrid sterility.

David Pilbeam, a paleoanthropologist at Harvard, said the Reich team's report was one of the most interesting he had seen, but he found it unlikely that chimplike quadrupeds and early bipeds would have produced fertile offspring, given their different developmental programs.

잡종만들기가 그 도전적인 새 환경에의 적응을 가속화 했을지 모르며, 침팬지들에게는 이미 안정적인 환경이었으므로, 침팬지에게 보다는, 이제 생겨나는 인간계통에게 보다 더 이익이 되었을 것이다라고 Dr. Reich가 말했다.  그러나 잡종그룹에 있어서의 남성들은 불임성이다.  그래서 살 수 있는 자손들을 생산하기 위해서는 여성들이 침팬지 계통의 수컷들과 교배했어야 될 것이었다.  원칙으로는, 그들은 인간계통의 남성들과 교배했을 가능성도 있지만, 유전적 증거가 그 가능성을 배제한다고 Dr. Reich가 말했다.  Dr. Reich 팀의 분석이 지놈 수준에서의 그같은 상세한 방법으로 신종형성을 조사한 처음의 것이다.  새 종들이 잡종 만들기로 부터 형성될 수 있다는 그들의 제시는 꽤나 독창적인 것이다- 생물학자들은 잡종그룹들이 잡종 불임성 때문에 소멸될 것으로 간주했었다.  Paleoanthropologist인 하바드의 David Pilbeam은 Reich의 팀의 보고가 그가 본 것들중의 가장 흥미있는 것들중의 하나였으나, 그들의 발달 프로그람들을 고려할 때, 그가 침팬지 같은 4족 보행자들과 초기의 2족 보행자들이 생산성있는 자손들을 생산했을 것 같지는 않음을 발견했다.       

Instead of invoking hybridization, Dr. Pilbeam suggested that another explanation might emerge for the very recent date implied by the genetic data for the human-chimp split. The genetic information itself gives relative ages, which are translated into real time by reference to a timescale established by early ape and monkey fossils.

If the splits implied by these fossils are in fact more ancient than currently believed, this might pull the genetic date far enough back to make the hybridization hypothesis unnecessary.

There has long been a tension between paleoanthropologists and geneticists, who look at human evolution from very different perspectives. But the conflicts have often had fruitful outcomes.

"The last 20 years has been a never ending collision between the molecular evolutionists and the interpreters of the fossil record," said Dr. Page, noting the latest was particularly sharp because of the hybridization idea. A specialist in the X and Y chromosomes, Dr. Page sounded not displeased with idea that the final divorce between chimps and humans should have centered on the X chromosome. "That was the last paragraph to be written in the separation agreement," he said. 

잡종만들기를 부르짖기 보다는, Dr. Pilbeam은 인간-침팬지 갈라짐을 위한 유전적 데이타에 의해 암시된 아주 근래의 날짜에 또하나의 설명이 나올 수 있음을 제시했다.  그 유전적 정보 그자체는 초기 영장류와 원숭이 화석들에 의해 확립된 시간대를 인용하여 실시간으로 번역되는, 비교연령들을 제공한다.  만일 그 화석들에 의해 암시된 갈라짐이 사실 현재 믿어지는 것보다 더 고대적이라면 그게 유전적 날짜를 잡종만들기 가정을 불필요하게 충분히 뒤로 당길 수 있다.  인간 진화를 아주 다른 관점들에서 보는, paleoanthropologist들과 유전학자들 사이에 오래 긴장이 있어 왔다.  그러나 그 불일치들은 흔히 생산적인 결과들을 가져왔다.  “지난 20년은 분자진화론자들과 화석 기록 해석가들과 사이의 끝없는 충돌이었습니다”라고 최근의 것이 잡종만들기 아이디어이기에 특히나 날카로왔다는 것을 지적하며 Dr. Page가 말했다.  X와 Y 염색체들의 전문가로서 Dr. Page는 침팬지들과 인간들의 마지막 이혼이 X 염색체를 중심으로 하고 있다는데 싫지는 않은 듯 했다.  “그게 별거 합의에 있어서의 마지막 장이었습니다”라고 그가 말했다.