Adam og genomet og menneskelig genetisk mangfold
Evolution news; 25. jan. 2018
Oversatt herfra.

Bilde 1. kreditt: Geralt, via Pixabay.

Som vi har funnet -her, er mye av det som BioLogos forfatter Dennis Venema sier i sin nye bok, Adam og Genome , ikke direkte relevant for hans tilsynelatende emne. Det som kan være Venasas sterkeste forsøk på å gjøre et på-punkt-argument kommer i hans diskusjon om menneskets genetiske mangfold. Ifølge Venema, biolog ved Trinity Western University i British Columbia, er dette mangfoldet så stort at det krever at vi oppsto fra en stor forfedre befolkning, sannsynligvis på rundt 10.000 personer, og ikke noen opprinnelige par. Som vi ser her og i et senere innlegg, er juryen fortsatt ute på Venemas krav.
Som han sier:
Med tanke på den humane mutasjonsfrekvensen og den matematiske sannsynligheten for nye mutasjoner som sprer seg i en befolkning eller blir tapt, indikerer disse metodene en forfedre befolkningsstørrelse for mennesker rett rundt den 10.000 individer. Faktisk, for å generere antall alleler ser vi i dag fra et utgangspunkt bare to personer, må man postulere mutasjonsfrekvenser langt over det vi observerer for noe dyr. (s. 48)
Vi bør merke seg at dette argumentet ikke har betydning for synet til intelligent design. ID er ikke avhengig av noen teologisk eller vitenskapelig synspunkt knyttet til Adam og Eva. Faktisk er ikke ID inkompatibelt med menneskelig ape vanlig forfedre, selv om mange argumenter for slik anestesi ikke er så sterke som de er holdt for å være. Vi har sett så mye allerede i denne serien.

Holder Venemas tillitsfullhet opp?
{Det får stå for hans personlige regning. Generelt vil vi hevde at stolthet/uforsonlighet ofte må bøye av, i møte med motstående fakta. At debatten haler ut i tid, skyldes ikke minst Venemas sene svar på en utfordring han har fått: -oversetters kommentar.}

Bilde 2. Mulige kandidater fra Venemas ur-populasjon

En e-post fra Richard Buggs
En person som er i stand til å evaluere bevisene, er Richard Buggs, en Oxford-utdannet evolusjonær genomiker ved Queen Mary University of London , som har publisert i dette feltet. Buggs tok en interesse i Venmas argumenter og har skrevet noen høflige, velinformerte og overbevisende - om noe teknisk betont - kritikk.
Tilbake i mai 2017 sendte Buggs en personlig epost til Dr. Venema som forklarer at det i henhold til populasjonsgenetikkens regler er mulig å ha stort genetisk mangfold på kort tid, selv når man starter fra en grunnleggende befolkning på to personer. Måneder gikk uten et svar fra Venema, så Buggs gjorde sin epost offentlig -her. I brevet skrev Buggs:
Jeg var litt overrasket over at du kategorisk oppgir i boken at den tidligere menneskelige effektive befolkningsstørrelsen definitivt ikke har falt under 10 000 individer, og si at dette er et faktum av sammenlignbar vitenskapelig sikkerhet for den med heliocentrisme. De fleste som arbeider i feltet, tar rekonstruksjoner av effektiv befolkningsstørrelse med en klype salt. Jeg husker vel min overraskelse som en nyutdannet PhD-student som deltok på en sommerskole på molekylær evolusjon ved Edinburgh University i 2005, da jeg hørte Gil McVean fra Oxford, si over frokosten at effektiv befolkningsstørrelse er et uklart konsept. Som jeg vet du kjenner til, er effektiv befolkningsstørrelse et mål for befolkningens følsomhet for drift, i stedet for et forsøk på å måle populasjonens befolkningsstørrelse. Jeg ville være veldig nølende til å stole for mye på et estimat av tidligere effektiv befolkningsstørrelse.
For å bli mer spesifikk tror jeg du tar feil når du sier dette:
"Hvis en art ble dannet gjennom en slik begivenhet [av et enkelt forfedrepar] eller hvis en art ble redusert i antall til et enkelt avlspar på et tidspunkt i sin historie, ville det etterlate et fortegningsmerke på dens genom som ville vedvare i hundretusener av år - en alvorlig reduksjon i genetisk variabilitet for arten som helhet "

Det er lett å ha misvisende intuisjoner om befolkningens genetiske effekter av en kort, plutselig flaskehals. For eksempel foreslo Ernst Mayr at mange arter hadde gått gjennom ekstreme flaskehalser i grunnleggende hendelser. Han hevdet at ekstremt tap av mangfold i slike hendelser ville fremme evolusjonær endring. Hans intuisjon om tap av mangfold i flaskehalser var imidlertid feil, og hans argument mistet mye av sin styrke da befolkningsgenetikere (M. Nei, T. Maruyama og R. Chakraborty 1975 Evolution, 29 (1): 1-10) viste at selv en flaskehals av et enkelt par ikke ville føre til massive nedgang i genetisk mangfold, dersom den ble etterfulgt av rask befolkningsvekst. Når to personer tas tilfeldig fra en eksisterende stor befolkning, vil de i gjennomsnitt bære 75% av dens heterozygositet (M. Slatkin og L. Excoffier 2012 Genetics 191: 171-181). Fra en flaskehals av en enkelt befruktet kvinne, hvis befolkningsstørrelsen dobles hver generasjon, vil befolkningen etter mange generasjoner ha over halvparten av heterozygositeten til befolkningen før flaskehalsen (Barton og Charlesworth 1984, Ann. Rev. Ecol. Syst. 15: 133-64). Hvis befolkningstilveksten er raskere enn dette, vil andelen av heterozygositet som opprettholdes, være høyere.
Dette betyr at et enkelt par enkeltpersoner kan bære en stor heterozygositet med dem gjennom en flaskehals, hvis de kommer fra en forfedre befolkning med høyt mangfold, og de vil passere det videre til populasjonen de grunnlegger, så lenge den vokser raskt.
Som du vil vite, er det en egenskap hos mennesker at til tross for vår nåværende populasjons størrelse på over syv milliarder individer, har vi lavere genetisk mangfold enn verdens mye mindre nåværende populasjon av sjimpanser. Det gjennomsnittlige mennesket har 3,1 millioner Enkelt Nukleotid Varianter (ENV), men gjennomsnittlig sjimpanse har 5,7 millioner (Prado-Martinez et al 2013 Nature). Afrikanske mennesker ca 1,1 heterozygote ENV i hver 1000bp, mens sentrale sjimpanser har ca. 1,75 (Prado-Martinez et al 2013 Nature). Således, hvis to sentrale afrikanske sjimpanser ble tatt i dag og brukt til å grunnlegge en isolert befolkning som opplevde eksplosiv befolkningsvekst, ville den nye befolkningen ha liknende nivåer av genetisk variabilitet som moderne mennesker.
Jeg oppgir ikke disse tallene fordi eksisterende sjimpanse populasjoner ga opphav til moderne mennesker, men bare for å vise at det er vanskelig å se hvordan generelle nivåer av SNP-mangfold og heterozygositet hos moderne mennesker kan utelukke muligheten for en fortidig flaskehals av to personer.

Bilde 3. Kan menneskeheten ha passert en slik flaskehals?

Utover dette må vi legge til at eksplosiv befolkningsvekst hos mennesker har tillatt mange nye mutasjoner raskt å akkumulere i humane populasjoner, og regner med mange SNPs med lave (minor) allelefrekvenser (A. Keinan og AG Clark (2012) Science 336 (6082): 740-743).
Jeg er også opptatt av din tolkning av PSMC [Pairwise Sequentially Markovian Coalescent] analyse. Jeg tror ikke at en PSMC-analyse som aldri faller under et Ne på 10.000 kan brukes til å bevise at en plutselig, kort flaskehals aldri skjedde. Fordi et enkelt par kan bære med seg 0,75 av heterozygositeten til deres forfedre, ville vi ikke forvente et stort antall sammenblandingshendelser på flaskehalsen, og de som er der, ville bli smurt ut over en lang periode rundt flaskehalsen , som i det originale Li og Durbin 2011-artikkelen, der forfatterne bemerker:
"Simulasjonene viste imidlertid en begrensning av PSMC ved å gjenopprette plutselige endringer i effektiv befolkningsstørrelse. For eksempel ble den øyeblikkelige reduksjonen fra 12 000 til 1200 ved 100 kyr siden i simuleringen spredt over flere ti tusen år i PSMC-rekonstruksjonen. "(Li og Durbin 2011).
Arbeid av en kandidatstudent i Beth Shapiro laboratorium -her, har vist at PSMC-metoden ikke nøyaktig kan rekonstruere skarpe flaskehalser ....
Generelt er jeg bekymret for at studiene du siterte ikke ga seg ut for å teste hypotesen om at mennesker har passert gjennom en enkeltflaskehals. De prøver rett og slett å rekonstruere de mest sannsynlige tidligere effektive befolkningsstørrelser av mennesker gitt standardforutsetningene for populasjonsgenetiske modeller. Jeg personlig ville føle ubehag ved å hevde at de beviser at en kort plutselig flaskehals er umulig.
Med andre ord, ifølge Buggs, godtgjør ikke artiklene nevnt av Venema for hans sak. De benekter ikke egentlig hypotesen om at menneskeheten har gått gjennom en flaskehals av to personer med stort genetisk mangfold. Hvis Buggs har rett, er Venemas primære argument mot Adam og Eva utilstrekkelig.

Bilde 4. Eks. på homo/hetero-zygot

Denne debatten mellom Buggs og Venema pågår - men fortsetter sakte. Det tok Venema rundt seks måneder å svare på Buggs, og da Venema reagerte -her, bemerket han at heterozygositet (prosentandelen av befolkningen som har to forskjellige alleler på et gitt sted) ikke er det eneste grunnlaget for hans krav om en stor (mye større enn to innledende individer) forfedre menneskelig befolkning. Venema forklarte derimot at han også argumenterer mot Adam og Eva på grunnlag av allele mangfold - antall forskjellige alleler tilstede i en befolkning på et gitt sted:
Nøkkelen her er at en person kun kan ha to alleler av noe gen. En befolkningsreduksjon til ett avlspar ville bety at maks fire alleler av et gitt gen kunne passere gjennom flaskehalsen - i tilfelle hvor begge individer er heterozygot og heterozygote for forskjellige alleler. Befolkningen må da vente på nye mutasjonshendelser for å produsere nye alleler av dette genet - en prosess som vil ta betydelig tid. Siden dette ville skje med alle gener i genomet samtidig - en reduksjon til maksimalt fire alleler - ville vi legge merke til denne effekten i lang tid etterpå, da genetisk mangfold ble sakte gjenoppbygget over hele genomet som helhet.
Så en flaskehals til to personer ville etterlate et varig merke på våre genomer - og en del av dette merket ville være en alvorlig reduksjon i antall alleler vi har - ned til maksimalt fire alleler på et gitt gen. Mennesker har imidlertid et stort antall alleler for mange gener - vidkjent er det hundrevis av alleler for noen gener som er involvert i immunsystem-funksjonen. Disse alleler tar tid å generere, fordi mutasjonsraten hos mennesker er svært lav. Dette høye allele-mangfoldet er dermed den første indikasjonen på at vi ikke passerte gjennom en alvorlig populasjonsflaskehals, men heller en relativt mildt et (estimert, som vi har diskutert, på ca. 10.000 individer med nåværende metoder).
Venema anklagede også at Buggs tok feil i å fokusere på argumentet om heterozygositet siden han sier: "Dette er ikke det samme ... som å beholde en betydelig del av befolkningens genetiske mangfold." Høye grad av heterozygositet, som Venema erkjenner, kan overleve en flaskehals, mens høyt allele mangfold ikke kan. Dermed konkluderer Venema at vårt høye allele mangfold avviser ideen om at menneskets art gikk gjennom en flaskehals av to personer.

Bilde 5. Begrepsforklaringer -allele, dominant/recessiv..

Buggs skrev også et første svar til Venema på sin blogg for Nature Ecology and Evolution -her. Han bemerket det at i 'Adam and the Genome' fokuserte Venema på Tasmanske-djevler, som er kjent for deres meget lave nivåer av heterozygositet, og at det var viktig for hans (Venemas) overordnede argument å foreslå heterozygositet. I alle fall svarte Buggs til Venema's svar på sin personlige blogg . Han påpekte at hans fokus på heterozygositet var rimelig, siden Venema hadde skrevet om Tasmanske djevler:
Hovedtyngden av bloggen din er opp att med temaet genetisk mangfold. Jeg tror at vi stort sett er enige her. Jeg er glad for at du er enig med poengene jeg gjorde om mengden heterozygositet som kan gjennomføres gjennom en kort, skarp flaskehals. Jeg tviler ikke på at allele mangfold kan gi sterkere bevis for en tidligere flaskehals enn heterozygositet kan. I bloggen min sa jeg det klart: "En skarp flaskehals vil påvirke allele rikdom mer enn heterozygositet". Jeg er takknemlig for at du har hjulpet ikke-forskere som søker å følge debatten vår ved å gi en enkel "Genetics 101" forklaring på hvorfor dette er slik i bloggen din.
Selv om vi er enige om de relative fordelene ved heterozygositet og allele mangfold ved å oppdage flaskehalser, har misforståelser mellom oss oppstått av to grunner: (1) tvetydig bruk av begrepet "genetisk variabilitet" i kapitlet ditt, og (2) valget av Tasmanske djevler i kapitlet ditt som et eksempel på konsekvensene av en flaskehals i befolkningen.
Buggs observerer at en stor hindring for klarhet i denne samtalen har vært Venemas bruk av begrepet "genetisk mangfold" eller "genetisk variabilitet." Han bruker dem på en tvetydig måte, forskjellig fra hvordan uttrykkene ofte brukes i den vitenskapelige litteraturen. Som

Bilde 6. Ett heterozygot genpar (allele)

Buggs forklarer:
(1) Jeg kommenterte heterozygositet i min e-post og blogg fordi i bokkapitlet refererer du mange ganger til "genetisk variabilitet". Som du vet, refererer begrepet "genetisk variabilitet" ikke bare til allele mangfold i vitenskapelig populasjonsgenetisk-litteratur. Genetisk variabilitet av populasjoner måles på mange måter: heterozygositet, allele mangfold, privat allelfrekvens, gendiversitet, fikserings-indekser, innavls-koeffisienter etc. Jeg skjønte ikke at når du bruker begrepet i kapittelet, mente du bare å referere til allele mangfold . Det er ikke slik begrepet normalt brukes i feltet. Jeg antok derfor at du også refererte til heterozygositet. Det er synd at denne tvetydigheten var tilstede, men jeg forstår at det er vanskelig å skrive om vitenskap på et populært nivå uten at det er en tilfeldig tvetydighet som en spesialist kan snuble i.
(2) Jeg fikk også inntrykk av at du inkluderer heterozygositet innenfor din definisjon av genetisk variabilitet på grunn av ditt valg av Tasmanske djevler som et eksemplar av en art som har gjennomgått en flaskehals. Dette eksemplet tar opp en stor del av den tidlige delen av kapittelet. Det er velkjent at Tasmanske djevler har lav heterozygositet så vel som lav allele mangfold - de har mye lavere nivåer av heterozygositet enn mennesker ...
Frem til dette punktet synes Buggs og Venema å være enige om to ting: (1) Høye nivåer av heterozygositet kan overleve en flaskehals (noe som betyr at de sannsynligvis ikke kunne motbevise Adam og Eva), og (2) høye nivåer av allele mangfold kan vanligvis ikke overleve en flaskehals (noe som betyr at de potensielt kan danne et argument mot Adam og Eva). Men denne historien er langt fra over. Som Buggs forklarte i sin Nature Ecology and Evolution post, er det måter å raskt generere høy allele mangfold, selv etter en veldig kort, skarp flaskehals:
Maksimalt fire alleler kan passere gjennom en flaskehals av to personer. På nivået med Enkelt NukleotidPolymorfismer (ENP) er ikke dette et slikt problem, da det maksimale antall alleler som er mulig ved en ENP er fire (A, T, G eller C), og de fleste vanlige menneskelige ENP er uansett bi-alleliske (1000 genomeprosjekt ). Når vi ser på en sammenhengende DNA-sekvens, som en haplotype av et gen, er mer enn fire alleler vanlige, men disse kan oppstå ved rekombinasjon av forfedre SNPs (i så fall må vi spørre om mønstre av manglende avstamnings stabilitet passer i en flaskehals - hvorav mer under) eller gjennom nye mutasjoner. Vi må huske på at eksplosiv befolkningsvekst hos mennesker har tillatt mange nye mutasjoner å raskt akkumulere i menneskelige befolkninger (A. Keinan og AG Clark (2012) Science 336: 740-743) . [Kursiv lagt til.]

Teksten i fet skrift over kan potensielt utgjøre en seriøs utfordring mot Venmas påstander om at stort allele mangfold nødvendigvis utelukker et forfedrepar. Hvorfor? Fordi det antyder at høy allele mangfold kan oppstå selv etter en kort, skarp flaskehals. Men Venema reagerte ikke (i det minste til dette ble skrevet) på dette argumentet. I stedet svarer Venema som om Buggs hovedargumenter handlet om heterozygositet, og synes dermed å være unnvike disse gode punktene om allele mangfold.

Bilde 7. Demonstrasjon av flaskehals (katastrofer/epidemier..)

Buggs: Andre argumenter fra Venema avviser heller ikke Adam og Eva
I 'Adam and the Genome', benytterVenema andre argumenter for en stor menneskelig forfedre befolkning basert på mønstre av manglende avstamnings stabilitet, den Parvise Sekvensielt Markovian Coalescent (PSMC) modellen og ufullstendig avstamnings-sortering (ILS). I sin Nature Eco-Evo- post forklarer Buggs hvorfor hver av disse argumentene ikke klarer å etablere en stor forfedre befolkningsstørrelse. Når vi skriver dette, har Venema heller ikke svart på disse kommentarene.
Når det gjelder Venema's argumenter fra manglende avstamnings stabilitet, sier Buggs:
Tydeligvis gir artikkelen på ingen måte et effektivt estimat for befolkningsstørrelse så lite som to personer. Bestrider dette derfor hypotesen om en flaskehals på to? Jeg tror ikke det, fordi et slikt scenario ikke er rett og slett ikke er på radaren for metodene som benyttes. Metodene antar at populasjonene til enhver tidspunkt er i likevekt og ikke ekspanderende eksponentielt (forfatterne utelukker bevisst de siste 10.000 årene fra denne analysen i det de vet at eksponentiell populasjonsvekst har skjedd i denne tidsperioden). Det er vanskelig å se hvordan de kunne registrere en så kort, skarp flaskehals, selv om det hadde skjedd. Det ville vært fint å se dette modellert, bare for å sjekke.
Selv om resultatene av denne studien er helt riktige, gir forfatterne ikke noen uttalelser om befolkningsstørrelse for mer enn 200 000 år siden. Dette ser ut til å gi mulighet for en flaskehals i de foregående 5,8 millioner årene.
Når det gjelder Venema's argumenter fra den Parvise Sekvensielt Markovian Ccoalescent (PSMC) modellen, skriver Buggs:
Beviser dette at en plutselig, kort flaskehals aldri skjedde? Jeg tror ikke det. Fordi et enkelt par kan bære med seg 0,75 av heterozygositeten til deres forfedre, ville vi ikke forvente et ekstremt antall sammensmeltings-hendelser på flaskehalsen. Videre vil de som er der, bli smurt ut over en lang periode rundt flaskehalsen. ... Nylig har noen simuleringer fra en kandidatstudent vist at PSMC-metoden ikke oppdager korte, skarpe flaskehalser, som for eksempel forårsaket av en pandemi eller naturkatastrofe. Således kan jeg ikke se at PSMC-analyser (hvorav mange flere har blitt gjort på menneskelige genomer siden det originale papiret av Li og Durbin) kan siteres som strengt motbevis for en kort, skarp flaskehals.
Når det gjelder Venema's argumenter fra Ufullstendig Linje-Sortering (ULS), skriver Buggs:
Venema gjør et argument basert på ufullstendig linje sortering blant mennesker, aper og gorillaer, noe som gir en stor estimert effektiv befolkningsstørrelse. Dette argumentet er ikke relevant hvis vi bare er interessert i den menneskelige linjen (forekomsten av ULS krever ikke vedlikehold av store populasjonsstørrelser i hver avstand etter sammensetning og utelukker ikke en flaskehals i den utelukkende menneskelige linjen).

Bilde 8. Hvem sitter fast i feil forestillinger?

Så Richard Buggs har nå reagert på fem klasser av argumenter som Dennis Venema gjør i Adam og Genomet : på (1) heterozygositet, (2) allel-mangfold, (3) manglende linje-stabilitet, (4) Parvis Sekvensielt Markovian Coalescent (PSMC) modell og (5) ufullstendig linjesortering. Hvor står vi da?
Når det gjelder (1), har Venema blitt enig med Buggs om at denne typen argument ikke nødvendigvis avviser Adam og Eva. Når det gjelder (3), (4) og (5), har Venema ennå ikke svart på Buggs. Når det gjelder (2), har Venema hevdet at en kort flaskehals sterkt ville redusere allele mangfold, og Buggs har generelt vært enig med ham. Venema har imidlertid ikke reagert på punktet fra Buggs at "eksplosiv befolkningsvekst hos mennesker" raskt kunne generere høy allele mangfold, selv etter en kort, skarp flaskehals.
Vi vil ikke anta at Venema ikke har noe mer å si til svar på Buggs. Men så langt, synes Buggs høflige og profesjonelle påminnelse til Venema i sin opprinnelige e-post fortsatt riktig: "Jeg vil oppfordre deg til å gå litt tilbake fra de sterke påstandene du gjør for at en flaskehals på to personer er motbevist."
I dag er samtalen fokusert på om allele mangfoldighet kan eller ikke viser at mennesker aldri gikk gjennom en liten flaskehals av to personer. Kan modellering demonstrere at eksplosiv menneskelig befolkningsvekst kan produsere de høye nivåene av observert human allelisk mangfold? Venema sier spørsmålet er stengt, men Buggs mener det forblir åpent, sterkt fortjener ytterligere etterforskning.
Et annet viktig spørsmål er fortsatt: Har noen vitenskapelig studie ennå vist at menneskelig allele mangfold krever en stamfamilie av tusenvis av individer i stedet for bare to? Fra Adam og Genomet får du det sterke inntrykket at svaret er ja. Men fra Venemas innrømmelser når presset av Buggs for en sitering for å backe opp kravene sine, sitter en igjen med det like bestemte inntrykk av at svaret er nei. Vi har mer å si om det, -forts.

Tager: Adam og Eva; Adam and the genome; alleler; flaskehals; sjimpanse.