Paleoantropologia | Un algoritmo svela nei denti degli antenati dell'Era glaciale la nostra storia evolutiva

Come hanno fatto i cacciatori-raccoglitori preistorici a sopravvivere ai drastici cambiamenti climatici, e perché in alcune regioni si sono estinti? Un team internazionale, con il contributo dell'Università di Ferrara, ha sviluppato un innovativo metodo basato sull'analisi morfologica dei denti per ricostruire complessi eventi demografici preistorici. Lo studio, pubblicato il 16 agosto su "Science Advances", ha rivelato dinamiche di migrazione, adattamento ed estinzione tra 47.000 e 7.000 anni fa attraverso minime variazioni nella forma dei denti di migliaia di individui. 

La ricerca 

Circa 45.000 anni fa, i primi esseri umani moderni migrarono in Europa durante l'ultima Era glaciale, iniziando il Paleolitico Superiore. Questi gruppi popolarono costantemente il continente, anche durante l'Ultimo Massimo Glaciale circa 25.000 anni fa, quando i ghiacciai coprivano gran parte dell'Europa settentrionale e centrale. 

"In archeologia si è dibattuto a lungo sull'influenza dei cambiamenti climatici e delle nuove condizioni ambientali sulla demografia dei cacciatori-raccoglitori di quel periodo. A causa del numero limitato di fossili disponibili e della loro spesso scarsa conservazione molecolare per l'analisi del DNA antico, è stato molto difficile trarre conclusioni sull'impatto dei fattori climatici sulla migrazione, la crescita, il declino e l'estinzione delle popolazioni", spiega il dottor Hannes Rathmann del Senckenberg Centre for Human Evolution and Palaeoenvironment dell'Università di Tubinga, primo autore dello studio. 

Tre crani umani provenienti dalla grotta di Hohlenstein-Stadel, nella Germania meridionale, datati a circa 8.500 anni fa, probabilmente appartenenti a una famiglia: un uomo (a sinistra), una donna (a destra) e un bambino (al centro). Copyright: Collezione osteologica, Università di Tubinga.

Un nuovo approccio: la morfologia dentale 

Per affrontare lo studio, le ricercatrici e i ricercatori hanno deciso di adottare un diverso percorso di indagine, analizzando i denti, il tessuto più duro e comunemente ritrovato nei fossili umani. Questo metodo ha permesso di raccogliere un vasto insieme di dati, significativamente più ampio rispetto ai precedenti studi scheletrici e genetici, esaminando i denti di 450 esseri umani preistorici da tutta Europa, datati tra 47.000 e 7.000 anni fa. 

Lo studio ha analizzato in dettaglio la forma e le diverse caratteristiche dei denti, come il numero e la forma delle cuspidi, i modelli delle creste e delle scanalature sulla superficie masticatoria, e la presenza o assenza dei denti del giudizio. Queste piccole variazioni nella struttura dei denti contengono informazioni preziose sulla variabilità genetica, l'adattamento a diversi ambienti e le relazioni evolutive tra le diverse popolazioni nel corso del tempo. 

L'Algoritmo Pheno-ABC 

"Questi tratti sono ereditabili, il che significa che possono essere potenzialmente usati per tracciare relazioni genealogiche tra gli esseri umani dell'era glaciale. Basta solo integrare questa informazione in un algoritmo adeguato, come quello che abbiamo sviluppato in questo lavoro", spiega la Professoressa Silvia Ghirotto dell’Università di Ferrara. 

La svolta è proprio arrivata grazie allo sviluppo di un metodo sofisticato basato su un algoritmo di machine learning, chiamato Pheno-ABC. Questo strumento, ideato dalla Professoressa Silvia Ghirotto e dalla Dottoressa Maria Teresa Vizzari del Dipartimento di Scienze della vita e biotecnologie dell'Università di Ferrara, è in grado di analizzare un'enorme quantità di dati morfologici dei denti e di individuare pattern (tendenze ricorrenti) nascosti che rivelano le relazioni genealogiche tra gli individui. Utilizzando dunque il più grande volume di informazione finora disponibile sui fossili umani dell'Era Glaciale europea, è stato possibile ricostruire il complesso evento demografico preistorico. 

Scoperte chiave 

Lo studio ha rivelato che tra 47.000 e 28.000 anni fa, durante il Medio Pleniglaciale, le popolazioni di Europa occidentale e orientale erano geneticamente ben collegate, probabilmente grazie ai paesaggi stepposi che facilitavano l’interconnessione.  Tuttavia, nel periodo successivo, il Tardo Pleniglaciale (28.000-14.700 anni fa), queste connessioni cessarono e le popolazioni in entrambe le regioni si ridussero radicalmente, provocando una significativa perdita di diversità genetica. 

"Questo drastico cambiamento demografico è stato probabilmente causato da grandi cambiamenti climatici: le temperature in questo periodo scesero ai valori più bassi dell'intero Paleolitico superiore e culminarono nell'Ultimo Massimo Glaciale, un periodo in cui le calotte glaciali raggiunsero la loro massima estensione e coprirono la maggior parte dell'Europa settentrionale e centrale", spiega la Prof.ssa Ghirotto. 

Prof.ssa Silvia Ghirotto

"I nostri risultati supportano la teoria a lungo sostenuta secondo cui le popolazioni non solo sono state spinte verso sud dall'avanzamento della calotta glaciale, ma si sono anche separate in rifugi isolati con condizioni ambientali più favorevoli", aggiunge la Dottoressa Vizzari. 

Un altro importante risultato dello studio è che, durante il passaggio dal Medio al Tardo Pleniglaciale, le popolazioni dell'Europa occidentale si sono estinte e sono state sostituite da gruppi migrati dall'Europa orientale. Con il riscaldamento dopo il Tardo Pleniglaciale, il ritiro dei ghiacciai e la ripresa della vegetazione hanno permesso la ricolonizzazione di aree abbandonate. In questo nuovo contesto, le popolazioni dell'Europa occidentale e orientale, precedentemente isolate, hanno cominciato a crescere di nuovo e la migrazione tra le regioni è ripresa. 

Prospettive future 

Questa ricerca dimostra come l'analisi della morfologia dentale, in combinazione con strumenti di intelligenza artificiale, possa fornire informazioni preziose sulla storia evolutiva della nostra specie. Il metodo Pheno-ABC rappresenta un passo avanti significativo nello studio dell'evoluzione umana, aprendo nuove prospettive per indagare le origini delle diverse popolazioni umane e i processi che hanno plasmato la nostra diversità genetica.

Per saperne di più

Per consultare l'articolo "Human population dynamics in Upper Paleolithic Europe inferred from fossil dental phenotypes”