Alina Urnikytė, Vaidutis Kučinskas
Wyjaśnienie pochodzenia Litwinów w świetle badań genetycznych
Wprowadzenie
Każda kultura ma swoje własne historie o pochodzeniu. Istnieją różne teorie pochodzenia Litwinów: romańskie, gockie, greckie, indyjskie czy sarmackie. W niektóre z nich wierzono nie ze względu na fakty naukowe, ale dlatego, że były one potrzebne ówczesnemu społeczeństwu. Jednak współczesna nauka pomogła i nadal pomaga bardziej szczegółowo i dokładniej prześledzić pochodzenie przodków nie tylko Litwinów, ale także innych ludów. Gdy ludzie myślą o długoterminowej ewolucji naszego gatunku, zwykle myślą o badaniu szczątków kopalnych. Zarówno szczątki kopalne, jak i znaleziska archeologiczne są bardzo ważnymi źródłami informacji o ewolucji człowieka, ale w ciągu ostatnich dziesięcioleci badania genetyczne dokonały ogromnego przełomu. Na przykład stosunkowo niedawno, bo w 1995 roku, udało się zeskanować genom DNA bardzo małej bakterii, a współcześnie w ciągu jednego dnia możemy odczytać genom człowieka, który składa się z 3,2 miliarda liter kodu genetycznego. Możemy również badać DNA dawno zmarłych ludzi, uzyskane ze szczątków kopalnych. Celem tego artykułu jest więc próba wyjaśnienia, w jaki sposób, za pomocą materiału genetycznego, możemy wyjaśnić, czym jest litewski genom, kim są nasi przodkowie oraz do jakich populacji i narodów świata jesteśmy najbliżsi.
Można rzec, że współcześni ludzie, którzy charakteryzują się dużym mózgiem, zaokrągloną czaszką, mniejszą twarzą z wyraźnym podbródkiem, pojawili się 200 tysięcy lat temu. Znalezione skamieniałości współczesnych ludzi wskazują na ich pierwotne pochodzenie z Afryki 160-200 tysięcy lat temu. (McDougall et al., 2005). Pierwsza migracja współczesnych ludzi na Bliski Wschód miała miejsce 90 tysięcy lat temu, a następnie znacznie większa fala migracji 60-70 tys. lat temu, w której współczesny człowiek rozprzestrzenił się na Australię, Azję Wschodnią i Europę. Homo sapiens dotarł do Europy przez Bliski Wschód, gdzie najprawdopodobniej doszło do krzyżowania się z neandertalczykami, około 54 tys. lat temu, których 2 proc. DNA odnajdujemy w genomie współczesnych Europejczyków, w tym także Litwinów (Urnikytė et al., 2023).
Niewiele jest informacji na temat wczesnego okresu zasiedlania na terenach krajów bałtyckich. Litwa, podobnie jak wszystkie kraje bałtyckie, była pokryta lodowcami co najmniej trzykrotnie. Ostatnie zlodowacenie na Litwie zakończyło się około 14 000-13 000 lat temu (Guobytė & Satkūnas, 2011). Pierwsze ślady człowieka znaleziono w południowym Bałtyku w okresie późnego paleolitu, 35-40 tys. lat temu. Prawdopodobnie byli to myśliwi, którzy przybyli z Europy Środkowej i Zachodniej, ale ich ślady archeologiczne zostały zatarte przez lodowce. Więcej danych na temat życia człowieka jest dostępnych w okresie mezolitu (12 000-6 000 lat temu), kiedy klimat się ocieplił, przyroda dostarczała wystarczającej ilości dóbr, a jeziora – ryb i ptactwa wodnego. Duże znaczenie dla kultury mezolitu południowego i wschodniego Bałtyku miała kultura maglemoska, która nadeszła od południowego zachodu. Na wschodnim Bałtyku stworzyło to warunki do powstania dwóch lokalnych kultur mezolitu: niemeńskiej i kundyjskiej, które rozrosły się do kultur neolitycznych.
Badania archeologiczne na torfowisku Aukštumala, przeprowadzone w 2004 roku, pokazują wygląd i tryb życia pierwszych mieszkańców na terytorium Litwy w późnej epoce lodowcowej i wczesnym holocenie. W okresie neolitu, który trwał na Litwie w przybliżeniu od 5000 do 1800 roku, do chwili obecnej, tryb życia ludzi zmienił się z koczowniczego na osiadły i zaczęło rozwijać się prymitywne rolnictwo. We wczesnym neolicie na Litwie rozpowszechniły się dwie kultury: neolityczna kultura niemeńska i narwiańska. Kultura narwiańska, która jest powszechna wzdłuż Morza Bałtyckiego, przylegała do kultury kundyjskiej – mezolitycznej kultury rybaków i myśliwych. Ludność Niemna była półosiadłymi łowcami, ich osady znajdują się w rejonie orańskim (Gimbutienė, 1985). W okresie środkowego neolitu ze wschodu przybywają przodkowie Ugrofinów i częściowo zalewają Litwę od północy i południowego wschodu. Wyniki badań archeologicznych wykazały, że nadejście Ugrofinów nie miało większego wpływu na kształtowanie się Litwinów (Rimantienė, 1966). Twierdzenie to jest również poparte naszymi badaniami genetycznymi (Urnikytė et al., 2019; Urnikytė et al., 2021). Pod koniec V tysiąclecia p.n.e. ludność stepowej kultury kurhanowej zaczęła najeżdżać Europę Środkowo-Wschodnią. Pierwsi Indoeuropejczycy na zachodniej Litwie z kulturą amfor kulistych pojawili się około 3000 lat p.n.e. (Gimbutienė, 1985). O kształtowaniu się Litwinów decydowało więc kilka różnych systemów kulturowych: przedindoeuropejski lub staroeuropejski, który pochodził z Europy Zachodniej, terenu dzisiejszej Francji, oraz indoeuropejski, który wyłonił się z kultury stepów euroazjatyckich (Kurhanów).
Wykorzystanie danych genetycznych do zbadania pochodzenia populacji
Ciało ludzkie składa się z miliardów komórek, w jądrze których wykrywamy istotną cząsteczkę – kwas deoksyrybonukleinowy (DNA). Cząsteczka ta składa się z dwóch równoległych łańcuchów połączonych czterema literami kodu genetycznego (nukleotydy: A, T, G, C). w cząsteczce DNA znajduje się cała informacja biologiczna organizmu, która jest przekazywana z pokolenia na pokolenie. Cały zestaw DNA tworzy genom, w którym zakodowana jest historia naszej ewolucji. Możemy porównać genom do książki, którą mamy zdolność czytać w oparciu o dzisiejsze technologie i narzędzia.
Tożsamość sekwencji DNA dowolnych dwóch losowo wybranych osób wynosi 99,9%, więc różnice między osobnikami wynoszą średnio 0,1%. Naturalne może pojawić się pytanie, jak to możliwe, że genetycznie jesteśmy tak podobni, a w wyglądzie, zachowaniu itp. bardzo się od siebie różnimy. Można to wytłumaczyć specyficzną strukturą genomu, która waha się od pojedynczej zmiany w nukleotydzie (gdy, powiedzmy, część osób w określonym miejscu genomu ma nukleotyd A, a druga część C) do zmian strukturalnych o większej objętości (utrata fragmentu części genomu, duplikacja lub zmiana lokalizacji w genomie). Badając pochodzenie człowieka, naukowcy najczęściej wykorzystują zmiany chorobowe pojedynczego nukleotydu. Wyjaśnienie jest dość proste. Rozmiar ludzkiego genomu wynosi 3,2 milionów liter kodu genetycznego, więc 0,1% różnic między ludzkimi genomami to ~3,2 miliona liter, a to już nie jest niewiele. Zatem różnice wykrywane na poziomie jednej litery nazywane są wariantami pojedynczego nukleotydu (SNV). Jeśli częstość występowania SNV w populacji wynosi ≥1%, nazywany jest on polimorfizmem pojedynczego nukleotydu (SNP); to właśnie one stanowią największą część różnorodności genetycznej populacji.Analizując różnorodność genetyczną zarówno w obrębie jednej populacji ludzkiej, jak i między populacjami, możemy zrekonstruować genetyczne ślady wielu wydarzeń z przeszłości i spróbować odpowiedzieć na następujące pytania: jakie jest pochodzenie Litwinów lub innej populacji, skąd się wywodzimy, jak wyglądaliśmy na przykład 8 tysięcy lat temu, czy dla danej populacji charakterystyczne jest krzyżowanie wsobne, dlaczego osoby z niektórych populacji są odporne na określone choroby. W znalezieniu odpowiedzi na wszystkie te pytania pomaga nie tylko badanie genomu współczesnego człowieka, ale także DNA naszych przodków, którzy żyli setki czy tysiące lat temu. Przed erą genomu badano zróżnicowanie częstości występowania poszczególnych cząstek genów według klasycznych markerów: grup krwi, polimorfizmów białek surowicy krwi. Obecnie możliwości określenia bardziej szczegółowej struktury genetycznej populacji z większą rozdzielczością znacznie się zmieniły wraz z pojawieniem się wysokowydajnych technologii skanowania genomu, które umożliwiają jednoczesne przeprowadzenie skanowania setek tysięcy lub milionów liter kodu genetycznego.
Genom człowieka jest dynamiczny, zastępują go procesy ewolucyjne zachodzące w populacji. Możemy mówić o ewolucji gatunków, o ewolucji genów czy genomów, ale tak naprawdę to populacja ewoluuje. Jednym z głównych czynników ewolucji są mutacje i dobór naturalny. Mutacje mogą wprowadzać do populacji nowe zmiany genetyczne, a w wyniku doboru naturalnego częstotliwość tych zmian wzrasta wraz ze zmianą pokoleń. Zmiany demograficzne również odciskają piętno na populacji, zmieniając jej różnorodność genetyczną. Zmniejszenie liczebności populacji zmniejsza różnorodność genetyczną i na odwrót. Izolowane populacje zachowują swoją genetyczną unikalność, a migracja zmniejsza różnice genetyczne między populacjami. Można więc powiedzieć, że nasza historia jest zakodowana w sekwencji DNA.
W poszukiwaniu litewskiego pochodzenia
Populacja litewska jest bardzo ciekawym obiektem badań genetycznych, ale przez wiele lat była jak „biała plama” na mapie genetycznej populacji europejskich. Pierwsze badania na grupach krwi przeprowadzono w pierwszej dekadzie XX wieku. Nowoczesne badania genetyczne ludności litewskiej zostały zapoczątkowane przez prof. dr. hab. Vaidutisa Kučinskasa prawie 38 lat temu.
Obiekt badań – współcześni ludzie
Jedną z najważniejszych rzeczy są obiekty badań. Dużo pracy wykonano w latach 2011-2013, kiedy to w ramach projektu LITGEN (VP1-3.1-ŠMM-07-K-01-013) pobrano około 1000 testowych próbek krwi żylnej z całej Litwy. Badaniem objęto tylko trzy pokolenia Litwinów, których rodzice i dziadkowie mieszkali na tym samym terytorium co litewska grupa etnolingwistyczna. Litwa jest podzielona na dwa główne regiony (Auksztota i Żmudź), które można dalej podzielić według dialektów na sześć grup etnolingwistycznych (Girdenis i Zinkevičius, 1966). W artykule przedstawiono wyniki badań genetycznych polegających na analizie 424 osobników z trzech grup auksztockich (zachodnia (n = 79), południowa (n = 67), wschodnia (n = 78)) oraz trzech żmudzkich (północna (n = 79), południowa (n = 78) i zachodnia (n = 43)). Średni wiek badanych to 53 lata.
W pierwszej kolejności oczyszczono genomowe DNA z krwi żylnej osób z populacji litewskiej objętych badaniem. Następnie przeprowadzono skan niektórych obszarów DNA. W sumie zeskanowano informacje o 719 666 polimorfizmach jednego nukleotydu.
Jak kod genetyczny jest przekształcany w czytelny tekst
Metody analizy kodu genetycznego dobierane są w zależności od dostępnych danych i postawionych celów. Najpierw skanowane jest DNA, po uprzednim oczyszczeniu go z ludzkich krwinek. Uzyskane dane genetyczne, w postaci liter kodu genetycznego, są analizowane za pomocą narzędzi bioinformacyjnych i biostatystycznych. W ostatniej dekadzie do określenia struktury genetycznej populacji zastosowano najczęściej stosowaną metodę projekcji liniowej – analizę głównych składowych (PCA) (ang. Principal Component Analysis). Analiza głównych składowych (PCA), a także metody oparte na modelach zaimplementowane w Programach STRUCTURE i ADMIXTURE. Metoda PCA opiera się na obliczaniu odległości genetycznych między parami osobników. Ustalany jest stosunek różnorodności genetycznej danych. PCA przedstawia globalne powiązania między populacjami w oparciu o odległości genetyczne porównywanych par. PCA jest również wykorzystywana do wizualizacji odległości genetycznych między osobnikami. Metody oparte na modelach, np. ADMIXTURE, są bardziej odpowiednie do rekonstrukcji przeszłości i pochodzenia osobników oraz badania, do której populacji dany osobnik należy.
Litewskie pochodzenie oparte na technologiach nowoczesnej genetyki
Niektóre źródła podają, że od okresu neolitu ludność terytorium Litwy nie została zastąpiona przez żadną inną grupę etniczną i jest prawdopodobne, że mieszkańcy dzisiejszej Litwy zachowali pulę genową swoich pradawnych przodków. Przetestowaliśmy więc tę hipotezę, łącząc dane genomowe 399 Litwinów, które uzyskano skanując cały genom, tj. około 700 000 wariantów genetycznych, z 284 starożytnymi genomami z różnych okresów historycznych, które zebrano z Lewantu (11,8-2 tys. p.n.e.), Anatolii (6,5-3,7 tys. p.n.e.), Kaukazu (11,4-0,9 tys. p.n.e.), Iranu, Iranu, Europy (11,4–0,9 tys. lat p.n.e.) i stepów Eurazji (6,8–0,2 tys. lat p.n.e.).
Badanie wykazało wyjątkowość genomu współczesnych Litwinów – zidentyfikowano komponenty genetyczne należące do przodków z trzech różnych okresów prehistorycznych: łowców-zbieraczy sprzed neolitu, pasterzy stepowych z wczesnej i środkowej epoki brązu oraz Europejczyków z późnego neolitu i epoki brązu. Ponadto zidentyfikowano trzy grupy łowców-zbieraczy, które miały wpływ na ukształtowanie głównego komponentu genetycznego populacji litewskiej: zachodnioeuropejscy łowcy-zbieracze, łowcy-zbieracze ze Skandynawii i w nieco mniejszym stopniu wschodni łowcy-zbieracze. Jednak największy ślad genetyczny w genomie Litwinów pozostawili żyjący przed neolitem zachodni łowcy-zbieracze (Urnikytė et al., 2019). Zatem współczesny „litewski genom” ukazuje złożoną historię populacji litewskiej, w której mieszały się różne grupy przodków w różnych okresach historycznych.
W przeciwieństwie do tego, wcześniejsze migracje Europejczyków w okresie neolitu z Lewantu / Anatolii, które – jak wiadomo – przyczyniły się do powstania zróżnicowanych genetycznie populacji europejskich, np. Sardynii czy Kraju Basków, nie miały większego wpływu na Litwinów.
Zatem nasz – litewski – genom jest stary i unikalny. Wyróżniamy się tym, że posiadamy największy komponent genetyczny pochodzący od łowców-zbieraczy przybyłych z zachodu. Posiadamy najwięcej komponentów genetycznych starożytnego świata zachodniego. Litwini zachowali unikalność swojego genomu przez wiele wieków, pomimo niekorzystnych wydarzeń historycznych i szerzących się wówczas śmiertelnych chorób. Można stwierdzić, że mieszkańcy Litwy wyróżniają się na tle innych narodów europejskich większą izolacją.
Czy występują różnice genetyczne między mieszkańcami Auksztoty a Żmudzi?
W źródłach pisanych możemy znaleźć twierdzenie, że Auksztoci i Żmudzini historycznie mogli kształtować się jako dwa odrębne plemiona bałtyckie. Na tę hipotezę próbowano odpowiedzieć w oparciu o pierwsze prace prof. V. Kučinskasa (Kučinskas, 1990). Na przykład w 1990 r., po przeprowadzeniu badania grup krwi AB0 i Rh(D), stwierdzono różnice między grupami etnolingwistycznymi. Tymczasem praca D. Kasperavičiūtė z 2004 r., analizująca mtDNA (DNA mitochondrialne, dziedziczone tylko w linii matczynej) i chromosom Y (część jądrowego DNA przekazywana tylko przez ojca synom), nie wykazała statystycznie istotnych różnic między grupami etnolingwistycznymi populacji litewskiej (Kasperavičiūtė et al., 2004).
Na podstawie przeprowadzonych przez nas badań genomu litewskiego można stwierdzić, że obecna populacja Litwy jest homogeniczna, tzn. zarówno Auksztoci, jak i Żmudzini są wymieszani. Jednakże ustaliliśmy nieznaczne, statystycznie istotne różnice między tymi dwiema grupami etnolingwistycznymi (Urnikytė et al., 2019). Najbardziej wyróżniają się Żmudzini Północni (ŠŽ) i Auksztoci Południowi (PA). Można to wyjaśnić faktem, że w puli genowej Żmudzinów wciąż ujawniają się geny Kurów, a u PA odnajdywane są ślady genów Jaćwingów. Jeśli większe różnice genetyczne między Litwinami z różnych regionów geograficznych istniały, to w zasadzie zanikły one we współczesnej populacji litewskiej.
Geny których narodów są nam najbliższe
Po porównaniu genomów populacji sąsiadujących z Litwinami okazało się, że wykazujemy ogromne podobieństwo genetyczne z Łotyszami. Zatem stereotypowe powiedzenie, że jesteśmy bratnimi narodami, potwierdziło się. W szerszym ujęciu genetycznym Litwini są bliżsi populacjom Europy Północnej oraz niektórym populacjom Europy Wschodniej i Zachodniej.
Po porównaniu danych genetycznych Litwinów z geograficznie bliskimi populacjami okazało się, że jesteśmy bliscy także Estończykom i Białorusinom; częściowe podobieństwo stwierdzono również z zachodnimi i południowymi Słowianami (Polakami, Słowakami i Słoweńcami) (Urnikytė et al., 2021).
Jak środowisko wpływa na nasze cechy narodowe?
Środowisko jest bardzo ważnym czynnikiem, ponieważ w interakcji z genami determinuje cechy i atrybuty człowieka. Genom ludzki przechowuje informacje i instrukcje, które pozwalają naszemu ciału formować się i funkcjonować, jednak potrzebuje ono również pewnego mechanizmu, który pozwoliłby reagować i przystosowywać się do środowiska, w którym organizm przebywa. Klasycznym przykładem jest cukier mleczny, tzn. laktoza. 5000 lat temu ludzie nie mogli trawić produktów mlecznych, ponieważ nie posiadali odpowiedniego genu. Jednak gdy zaczęli zajmować się rolnictwem i udomowili zwierzęta, musieliśmy przystosować się do zmienionych warunków życia, innego pożywienia i mleka. Uważa się, że nastąpiła przypadkowa mutacja w genie odpowiedzialnym za trawienie mleka i lepsze przyswajanie składników odżywczych z mleka. Mutacja ta była wspierana przez dobór naturalny ze względu na korzyści płynące z mleka dla organizmu, dzięki czemu była przekazywana z pokolenia na pokolenie. Z tego powodu obecnie w populacji litewskiej i innych populacjach Europy Północnej jest znacznie mniej osób nietolerujących laktozy. Co prawda narody, które historycznie zawsze spożywały mało produktów mlecznych, na przykład mieszkańcy krajów azjatyckich, do dziś nie tolerują laktozy, ponieważ w tym aspekcie w mniejszym stopniu wpłynął na nich dobór naturalny. W celu wyjaśnienia cech charakterystycznych dla Litwinów przeanalizowaliśmy obszary genomu podlegające doborowi naturalnemu. Zidentyfikowaliśmy specyficzne geny populacji litewskiej wspierane przez dobór naturalny: geny kodujące różne łańcuchy kolagenu (COL6A5, COL6A6), odpowiedzialne za jasną pigmentację skóry (TYRP1, SLC24A5) oraz odpowiedź immunologiczną (IL26, IL22, BRD2, HLA_DOA). Zidentyfikowano tylko kilka genów starszego pochodzenia (~250 000 lat), podlegających działaniu doboru naturalnego; są one związane z dietą (PNLIP, PNLIPRP3 i PPARD) (Urnikytė et al., 2019). Geny te odpowiadają za metabolizm tłuszczów i najprawdopodobniej w toku ewolucji były utrzymywane poprzez wpływ specyficznych patogenów oraz lokalną, charakterystyczną dla Litwinów dietę, przy udziale doboru naturalnego. Prawdopodobnie geny te są dziedzictwem łowców-zbieraczy, którym były one potrzebne do gromadzenia energii oraz regulacji temperatury ciała i bilansu energetycznego.
Zakończenie
Aby populacja przetrwała, musi istnieć wystarczająca liczba osób rozmnażających się i mogących przekazać swoje geny kolejnemu pokoleniu. Ważne jest również, aby populacja była jak największa, ponieważ wtedy istnieje większa różnorodność genetyczna, co wiąże się ze zdrowszą i silniejszą populacją. Zatem niska liczba urodzeń, migracja i zwiększona śmiertelność zmniejszają wielkość populacji i jej szanse na przetrwanie.
Literatura
1. Gimbutienė, M. 1985. Baltai priešistoriniais laikais: etnogenezė, materialinė kultūra ir mitologija. Mokslas.
2. Girdenis, A., Zinkevičius, Z. 1966. „Dėl lietuvių kalbos tarmių klasifikacijos”, in: Kalbotyra, Nr. 14, p. 139–147.
3. Grigaliūnas, M. 2013. „The first palaeolithic and mesolithic settlements in Aukštumala, Šilutė district, the Nemunas river delta”, in: Archaeologia baltica 20, p. 175–189.
4. Guobytė, R., Satkūnas, J. 2011. Chapter 19, „Pleistocene Glaciations in Lithuania”, in: J. Ehlers, P. L. Gibbard, P. D. Hughes (Eds.), Developments in Quaternary Sciences, 15, p. 231–246. Elsevier. Prieiga internete: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53447-7.00019-2.
5. Kasperavičiūtė, D., Kučinskas, V., Stoneking, M. 2004. „Y chromosome and mitochondrial DNA variation in Lithuanians”, in: Ann Hum Genet, 68 (Pt 5), p. 438–452. Prieiga internete: https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.2003.00119.x.
6. Kučinskas, V. 1990. Genetinis procesas šiuolaikinėje Lietuvos populiacijoje. Mokslas ir Lietuva, p. 48–53.
7. McDougall, I., Brown, F. H., Fleagle, J. G. 2005. „Stratigraphic placement and age of modern humans from Kibish, Ethiopia”, in: Nature, 433 (7027), 733–736. Prieiga internete: https://doi.org/10.1038/nature03258.
8. Rimantienė, R. 1966. Akmens amžius Lietuvoje. Žiburys.
9. Urnikytė, A., Flores-Bello, A., Mondal, M., Molytė, A., Comas, D., Calafell, F., Kučinskas, V. 2019. „Patterns of genetic structure and adaptive positive selection in the Lithuanian population from high-density SNP data”, in: Sci Rep, 9(1), 9163. Prieiga internete: https://doi.org/10.1038/s41598-019-45746-3.
10. Urnikytė, A., Masiulytė, A., Pranckėnienė, L., Kučinskas, V. 2023. „Disentangling archaic introgression and genomic signatures of selection at human immunity genes”, in: Infect Genet Evol, 116, 105528. Prieiga internete: https://doi.org/10.1016/j.meegid.2023.105528.
11. Urnikytė, A., Molytė, A., Kučinskas, V. 2021. „Genome-Wide Landscape of North-Eastern European Populations: A View from Lithuania”, in: Genes (Basel), 12(11). Prieiga internete: https://doi.org/10.3390/genes12111730.