Les cerveaux de Néandertal ont grossi avec une plus grande consommation de glucides

Les cerveaux de Néandertal ont grossi avec une plus grande consommation de glucides

Il y a environ un million d'années, les cerveaux de Néandertal ont doublé de taille en environ 200 000 ans, ce qui est un nombre dérisoire en termes d'évolution. Pendant longtemps, l'évolution du cerveau a été attribuée aux utilisations de plus en plus sophistiquées des outils de pierre. Des cerveaux plus gros ont donné aux Néandertaliens de nouveaux avantages dans la chasse au gibier et la recherche de nourriture. Ces facteurs sont connus depuis longtemps comme les principales raisons de la taille des cerveaux de Néandertal, mais la dernière étude sur ce sujet a mis en évidence un autre facteur de ce changement de taille du cerveau : la consommation de glucides.

Une nouvelle étude publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS), qui a étudié les microbiomes oraux et les bactéries des dents des Néandertaliens et des humains modernes (avant la révolution agricole il y a 10 000 ans), jette un nouvel éclairage sur les raisons pour lesquelles les cerveaux de Néandertal ont grossi. Les chercheurs ont découvert que les aliments riches en féculents et en glucides, consommés si souvent qu'ils modifiaient les bactéries dans leur corps, modifiaient leur comportement et la taille de leur cerveau.

"Nous pensons que nous voyons des preuves d'un comportement très ancien qui aurait pu faire partie de l'encéphalisation - ou de la croissance du cerveau humain", a déclaré la professeure de Harvard Christina Warinner. "C'est la preuve d'une nouvelle source de nourriture que les premiers humains ont pu exploiter sous la forme de racines, de légumes féculents et de graines." Elle s'est empressée de souligner que, de toute évidence, les êtres humains qui faisaient partie de ce processus n'étaient pas consciemment conscients de l'effet que cela aurait sur leur cerveau.

Spécimens de gorille de Grauer au Musée royal de l'Afrique centrale à Tervuren (Belgique), montrant des dépôts typiques de tartre dentaire sur les dents qui sont tachés de noir, probablement en raison de leur régime herbivore, qui aurait inclus beaucoup d'amidons et de glucides. (Katerina Guschanski / Musée royal de l'Afrique centrale )

Cerveau de Néandertal, plaque dentaire et microbiome buccal

La dernière étude sur les cerveaux de Néandertal était une entreprise majeure, comprenant une équipe de recherche internationale multidisciplinaire de 50 scientifiques, de 13 pays et 41 institutions. L'équipe était principalement dirigée par des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la science de l'histoire humaine, en Allemagne et de l'Université Harvard.

L'étude a duré plus de 7 ans alors que l'équipe analysait minutieusement la plaque dentaire fossilisée des Néandertaliens et du Pléistocène supérieur aux humains modernes vivant au cours des 100 000 dernières années, et la comparait à celle des chimpanzés sauvages, des gorilles et des singes hurleurs.

  • Une étude montre que les Néandertaliens avaient la capacité de produire et de comprendre la parole
  • Sciences spectaculaires ! De mini cerveaux néandertaliens cultivés en laboratoire pourraient expliquer ce qui rend les humains différents

"Nous avons pu montrer que l'ADN bactérien du microbiome buccal se conserve au moins deux fois plus longtemps qu'on ne le pensait auparavant", a déclaré J. A. F. Yates. Il était l'auteur principal de l'étude et est actuellement doctorant à l'Institut Max Planck pour la science de l'histoire humaine. « Les outils et techniques développés dans cette étude ouvrent de nouvelles opportunités pour répondre aux questions fondamentales de l'archéologie microbienne, et permettront une exploration plus large de la relation intime entre les humains et leur microbiome. »

Le microbiome buccal est l'un des indicateurs clés de la santé humaine, de la biologie et de la maladie. Cependant, on sait très peu de choses sur son rôle dans l'évolution ou la diversité à travers des topographies variées. De plus, trouver des milliards de séquences et de fragments d'ADN, vieux de centaines de milliers d'années, est un processus complexe et fastidieux.

Les archéogénéticiens doivent reconstituer les fragments brisés de génomes anciens, puis, à l'aide de données et de technologies de pointe, ils essaient de comprendre les communautés bactériennes mortes depuis longtemps. Ils ont eu de la chance avec la reconstruction du microbiome vieux de 100 000 ans d'un Néandertal de la grotte de Pešturina en Serbie, doublant l'âge du plus ancien microbiome buccal reconstruit.

Gros plan d'un crâne d'homme des cavernes néandertalien montrant clairement les dents et la plaque dentaire, qui a été utilisée pour comprendre le microbiome buccal et la consommation de glucides de Néandertal. ( gerasimov174 / Adobe Stock)

Les cerveaux de Néandertal et les bactéries dentaires peu étudiés

L'autre défi est que ce domaine d'étude est étonnamment peu étudié pour nommer les millions de bactéries qui vivent dans notre bouche. De nombreux microbiomes oraux sont responsables de fonctions vitales dans la bouche humaine, notamment des gencives et des dents saines. Pourtant, la plupart de ces bactéries restent anonymes, ce qui pose des défis fondamentaux aux chercheurs contemporains.

Les communautés de bactéries dans la bouche des humains modernes pré-agricoles et des Néandertaliens se ressemblaient fortement, selon l'étude. En particulier, les humains modernes et les Néandertaliens abritaient un groupe inhabituel de Streptocoque bactéries dans leur bouche. Streptocoque a la capacité unique de se lier à une enzyme abondante dans la salive humaine appelée amylase, une enzyme qui catalyse l'hydrolyse de l'amidon en sucre.

Xxxxxxxxxxxxxxxx

La bactérie consommatrice de sucre a été trouvée dans l'ADN de la plaque des Néandertaliens et des humains modernes, indiquant une consommation certaine d'amidon. Les chimpanzés, en revanche, n'ont pas de bactéries streptococciques sur leurs dents. De plus, le streptocoque la présence à la fois chez les Néandertaliens et les premiers humains suggère un héritage de microbes d'ancêtres communs, il y a potentiellement 600 000 ans.

Cuisine de la famille des Néandertaliens ou des premiers Homo Sapiens. La dernière étude montre que ce n'était pas seulement de la viande au menu, mais aussi des quantités croissantes de glucides, qui ont contribué à l'expansion de la taille du cerveau. ( Gorodenkoff / Adobe Stock)

Évolution humaine et microbiomes

Les conséquences de ceci, dans l'étude de l'évolution humaine, sont profondes et quadruples.

  • Une petite baisse du taux de fécondité peut avoir conduit à l'extinction de Néandertal
  • Les Néandertaliens avaient définitivement un régime à base de viande : les allégations de régime végétal et cannibale réfutées

Premièrement, la théorie de l'expansion du grand cerveau, qui était centrée sur le développement d'outils en pierre et la consommation de viande, a vu son champ d'application élargi pour les recherches futures.

Deuxièmement, comme le dit Christina Warriner de l'Université Harvard, archéologue moléculaire et co-auteur de l'étude, « ... cela repousse l'importance de l'amidon dans l'alimentation plus loin dans le temps. »

Troisièmement, la présence de l'enzyme amylase, qui contribue à l'efficacité de la digestion des aliments cuits, indique également que la cuisson est devenue courante et répandue il y a environ 600 000 ans. Cela aide à dissiper l'idée que la cuisine, telle que nous la connaissons, n'était synonyme que de la révolution agricole, qui est un phénomène beaucoup plus récent. À l'avenir, la question est de savoir si la cuisine faisait partie de l'expansion du gros cerveau il y a environ 2 millions d'années, mais le jury n'en a toujours pas parlé.

Enfin, l'étude a contribué à améliorer notre connaissance des microbiomes et à faire de leur étude une proposition sérieuse pour les historiens actuels et futurs. Comme le dit succinctement Warriner, « « Cela montre que notre microbiome code des informations précieuses sur notre propre évolution qui nous donne parfois des indices sur des choses qui, autrement, ne laissent aucune trace. »


Junk: L'histoire de Mark Bittman sur les raisons pour lesquelles nous mangeons de la mauvaise nourriture

Mark Bittman écrit sa façon de cuisiner : Les ingrédients sont sains, la préparation élégamment simple, les résultats nourrissants dans le meilleur sens du terme. Il n'y fait jamais aucun effort pour impressionner, mais vous en repartez rassasié, satisfait, revigoré.

De son magnum opus, Comment tout cuisiner, et ses nombreux compagnons de cuisine, à ses recettes de Le New York Times, à ses essais sur la politique alimentaire, Bittman a développé une légèreté qui masque le poids de la politique et de l'économie qui entourent la fabrication et la consommation de nourriture. Dans Animal, Légume, Junk, son dernier livre, il nous offre son attaque la plus approfondie contre les forces corporatives qui régissent notre alimentation, en suivant l'évolution de la culture et de la consommation des temps primordiaux aux temps modernes et en développant ce qui est sans doute son argument le plus radical et le plus franc à ce jour sur la façon de traiter notre les cultures alimentaires contemporaines&rsquo de nombreux maux. Mais cela se passe toujours facilement, le brocoli a un goût assez bon pour que vous y alliez avec plaisir pendant quelques secondes.

Bittman commence Animal, Légume, Junk avec les premiers hominidés. Au fur et à mesure que ces ancêtres humains ont appris à marcher debout, ils ont commencé à se nourrir dans de plus grandes zones et à chasser avec une facilité relative. Bittman note qu'ils ont également commencé à développer des régimes alimentaires plus flexibles : &ldquo une variété de fruits, de feuilles, de noix et d'animaux, y compris les insectes, les oiseaux, les mollusques, les crustacés, les tortues, les petits animaux, les lapins hélicoïdaux et les poissons.&rdquo nouveau régime alimentaire, ils ont rapidement appris à traquer des proies plus rapidement (ce qui était plus facile à faire en groupe et produisait ainsi un comportement plus social) et à cuisiner sur le feu.

Avec plus de nutriments et des méthodes plus avancées de cueillette et de cuisson des aliments, les premiers hominins&rsquo &ldquo &ldquo ont déjà grossi.». en graisses et en protéines, et certains avaient des régimes dans lesquels les glucides dominaient. » Mais malgré ces différences, les cultures alimentaires et les régimes alimentaires émergents avaient une chose en commun. L'époque de la chasse et de la cueillette a produit « une période de plus grande longévité et de santé générale qu'à presque tout autre moment avant ou depuis ».

Cette transition de la chasse et de la cueillette à l'agriculture a été la bienvenue à bien des égards, mais elle a eu un prix, écrit Bittman. Oui, il a soutenu des populations plus importantes, mais les régimes sont devenus monotones et moins nutritifs, la durée de vie a diminué et les heures de travail ont augmenté. Bittman n'est pas le premier à faire valoir cet argument. Jared Diamond a appelé de manière mémorable l'agriculture la plus grande erreur de l'histoire de l'humanité, et Bittman n'insiste donc pas sur ce point, acceptant que nous vivons maintenant sur une planète où la nourriture est quelque chose que nous élevons, pas quelque chose que nous chassons ou cueillons.

Pour Bittman, le drame central de cette histoire commence au cours du siècle dernier, alors que l'agriculture et la transformation des aliments sont devenues des industries de masse, et que nous sommes passés d'avoir deux types d'aliments (plantes et animaux) à être submergés par un nouveau troisième type&mdashone qui s'apparentait plus à du poison.

Cette malbouffe a créé, selon Bittman, une "crise de santé publique qui diminue la vie de peut-être la moitié de tous les humains". la terre que l'exploitation minière à ciel ouvert, l'urbanisation, même l'extraction de combustibles fossiles.&rdquo


Blâmer un ancien changement climatique.

Entre 2,6 et 2,5 millions d'années, la Terre est devenue beaucoup plus chaude et sèche. Avant ce changement climatique, nos lointains ancêtres humains&# x2014collectivement connus sous le nom hominidés—vivaient principalement de fruits, de feuilles, de graines, de fleurs, d'écorce et de tubercules. À mesure que la température augmentait, les forêts luxuriantes se rétrécissaient et les grandes prairies prospéraient. Alors que les plantes vertes se faisaient plus rares, la pression évolutive a forcé les premiers humains à trouver de nouvelles sources d'énergie.

Les savanes herbeuses qui s'étendaient à travers l'Afrique abritaient un nombre croissant d'herbivores au pâturage. Les archéologues ont trouvé de gros os d'herbivores datant d'il y a 2,5 millions d'années avec des marques de coupe révélatrices d'outils en pierre brute. Nos anciens ancêtres hominins n'étaient pas encore des chasseurs capables, mais ils ont probablement récupéré la viande des carcasses tombées.

"Plus d'herbes signifie plus d'animaux au pâturage, et plus d'animaux morts au pâturage signifie plus de viande", déclare Marta Zaraska, auteur de Meatooked : L'histoire et la science de notre obsession de 2,5 millions d'années pour la viande.

Une fois que les humains se sont mis à manger de la viande, même occasionnellement, il n'a pas fallu longtemps pour en faire une partie importante de notre alimentation. Zaraska dit qu'il y a de nombreuses preuves archéologiques qu'il y a 2 millions d'années, le premier Homo espèces mangeaient activement de la viande sur une base régulière.

Néandertaliens chassant un zèbre pour se nourrir.

Peter Bischoff/Getty Images


Comment manger a façonné notre passé et définit notre avenir, selon Mark Bittman

Divers tacos de District Taco à Washington DC, Virginie et Philadelphie. « Nous ne sommes pas ici si ce n'est pour la nourriture. La nourriture est donc le facteur déterminant de la façon dont nous utilisons la terre. C'est là que nous vivons », explique l'auteur Mark Bittman. Photo de Brandon Dewey Photographie.

La nourriture a joué un rôle important dans l'histoire et l'évolution de l'humanité. En mangeant plus de calories de meilleure qualité, notre cerveau s'est agrandi et nous sommes devenus plus intelligents et réfléchis pour trouver et cultiver notre nourriture.

Le voyage de la nourriture et le besoin de manger ont eu un impact sur tout, de l'esclavage et du colonialisme à la famine et au génocide. Aujourd'hui, l'agriculture industrielle menace la santé publique et aggrave le changement climatique.

Joanthan Bastian de KCRW s'entretient avec le célèbre écrivain culinaire Mark Bittman à propos de son dernier livre, "Animal, Vegetable, Junk: A History of Food, from Sustainable to Suicidal". Ils examinent comment la nourriture a façonné notre passé et si nous pouvons modifier son impact à l'avenir.

Les extraits d'entretiens suivants ont été abrégés et édités pour plus de clarté.

KCRW : Dans votre livre, vous utilisez la nourriture comme cadre pour remonter le temps et parler de la façon dont les humains se développent. En quoi pensiez-vous que ce serait un moyen important pour nous de comprendre le chemin parcouru en tant que société humaine ?

Mark Bittman : « Pourquoi pas de la nourriture ? C'est la chose la plus importante qui soit. Vous pourriez discuter de la nourriture par rapport à l'oxygène. Mais évidemment, nous ne sommes pas là si ce n'est pour la nourriture. La nourriture est donc le facteur déterminant de la façon dont nous utilisons la terre. C'est là que nous vivons. … Le travail a commencé comme travail agricole.

Je pense que cela s'est produit après des années à dire : "Vous ne pouvez pas réparer la société sans réparer le système alimentaire, et vous ne pouvez pas réparer le système alimentaire sans réparer la société", et à parler des liens entre la nourriture et tout le reste. Je viens de comprendre que cela a toujours été le cas, que la nourriture a tout déclenché et qu'elle n'a jamais cessé d'être l'une des influences les plus puissantes.

Vous commencez l'un des premiers chapitres avec « la boucle de rétroaction nourriture-cerveau ». Qu'est-ce que c'est?

« Il décrit essentiellement le processus par lequel nous sommes sortis des arbres. Nous avons commencé à avoir une alimentation plus diversifiée. Personne ne le sait vraiment, mais la présomption est qu'en mangeant plus de calories de meilleure qualité, notre cerveau a grossi. Et à mesure que notre cerveau grossissait, nous étions capables d'être plus intelligents et plus réfléchis.

Nous avons pu trouver plus de nourriture, nous sommes devenus meilleurs pour trouver de la nourriture. Et au fur et à mesure que nous devenions meilleurs pour trouver de la nourriture, notre cerveau grandissait encore. Et ce processus s'est poursuivi pendant quelques centaines de milliers d'années, jusqu'à ce que nous… survivions aux Néandertaliens et que nous devenions la principale espèce d'Homo sapiens que nous sommes.

Pouvez-vous développer l'idée de l'apport calorique et de la taille du cerveau ?

« Je ne suis pas sûr que ce soit tant la quantité de calories que la qualité des calories. … Il y a eu un certain nombre de changements qui ont eu lieu dans nos corps par rapport aux corps de nos ancêtres plus singes. Ces animaux passaient beaucoup de temps à mâcher et beaucoup de temps à convertir les substances vertes et ligneuses en aliments digestibles qui pouvaient ensuite être transformés en acides aminés et en protéines.

Quand nous descendions des arbres, et surtout quand nous commencions à chasser, nous commencions à manger plus directement. Donc, les aliments qui étaient des sources de protéines plus élevées. Et donc je pense que c'est beaucoup à propos de la consommation de protéines, c'est une plus grande taille de cerveau ou des capacités de réflexion plus aiguës. Et cela a juste continué et continué et continué au fil des ans.

Nous avons finalement pu mieux chasser. Nous avons finalement pu cuisiner. Et cela signifiait que nous avions encore plus de sources de nourriture à notre disposition, car beaucoup d'aliments qui semblaient être comestibles sont très, très difficiles à mâcher, ou très, très difficiles à digérer, à moins qu'ils ne soient cuits. Le contrôle du feu était donc un élément important dans la détermination de la direction que prenaient nos régimes alimentaires. Et les régimes ont généralement pris, surtout jusqu'à l'avènement de l'agriculture, des directions de mieux en mieux.

PHOTO : Mark Bittman est un journaliste gastronomique, ancien chroniqueur du New York Times et auteur de « Animal, Vegetable, Junk : A History of Food, from Sustainable to Suicidal ». Photo de Jim Henkens

D'où vient l'histoire de ces premières sociétés agraires et de l'agriculture qui se répandent dans le monde entier ?

« Je reviens à la formation de l'agriculture et à sa responsabilité de former des civilisations. … Quand il y avait de l'agriculture, il a commencé à devenir excédentaire. Et quand il y avait des excédents, il y avait des gens dont les emplois n'étaient pas des agriculteurs. Jusqu'à ce moment-là, il n'y avait vraiment personne dont le travail n'avait rien à voir avec la nourriture.

Mais une fois qu'il y avait des surplus, vous pouviez avoir des prêtres, des constructeurs, des comptables, des scribes, des politiciens, des gestionnaires, des commerçants, et toutes les choses que nous considérons maintenant comme des professions ou des emplois. C'est un grand changement. Et le fait que vous ayez commencé à cultiver de la nourriture et à créer des lois et une civilisation, cela a commencé il y a 10 000 ans et s'est peut-être consolidé il y a 2000 ans. C'était un grand, grand saut.

. La prochaine chose qui intéresse particulièrement les Nord-Américains est le XIIIe au XVIe siècle. Et la façon la plus simple d'expliquer cela, je pense, est de commencer par dire qu'il faut plus de terres pour nourrir les gens qui dépendent des produits animaux que pour nourrir les gens qui sont plus orientés vers le végétarisme.

Ainsi, les populations plus élevées d'Asie s'expliquent en grande partie par le fait qu'il y avait plus de cultures dépendantes des plantes en Asie qu'il n'y en avait en Europe. La technologie était tout aussi avancée. En fait, les Chinois ont navigué vers l'Afrique, ce qui est un voyage beaucoup plus long, bien avant que les Européens n'aient navigué en Amérique du Nord.

Mais d'une certaine manière, les pressions de la population, du commerce, du capitalisme et de la nouvelle économie du XVe et surtout du XVIe siècle en Europe ont vraiment forcé la question et forcé les Européens à explorer et à chercher de nouvelles terres, pour l'agriculture et pour d'autres raisons aussi. Mais principalement, ou du moins très important, des terres pour l'agriculture. Et vous ne pouvez qu'imaginer la stupéfaction des Européens lorsqu'ils ont commencé à explorer l'Amérique du Nord et ont vu la taille et la richesse de ce continent, et la population relativement petite d'autochtones ici. Et malheureusement, un peuple indigène qui a pu être conquis pour que les Européens prennent le relais.

Mais cela concernait aussi en grande partie l'agriculture. Les Européens ont apporté ici leurs systèmes agricoles, leurs modes de propriété foncière ici, leurs modes de distribution des terres et leur volonté de voler des terres à d'autres personnes et de tuer s'ils devaient le faire. C'était toute l'histoire des XVe et XVIe siècles, et cela a continué. Comme nous le savons, cela continue maintenant, mais c'était le fondement de ce pays, en particulier. »

Où voyons-nous l'histoire nous emmener ensuite, en particulier aux États-Unis?

«Je pense que la chose la plus importante, l'une des choses déterminantes, des États-Unis en ce moment s'est produite dans la période post-guerre civile. . En 1862, au milieu de la guerre civile, le Homestead Act a été promulgué pour la première fois. … Toutes les terres à l'ouest des Appalaches ont été cédées à des hommes blancs et à des compagnies de chemin de fer, qui, bien sûr, étaient également dirigées par des hommes blancs. Mais les terres ont été cédées en morceaux relativement petits — 160, 320 ou 640 acres ont été essentiellement cédés à ces hommes qui voulaient quitter l'Est ou qui voulaient quitter l'Europe et devenir agriculteurs. . Ce fut l'un des premiers déterminants de la richesse aux États-Unis. Et la propriété foncière, de toute évidence, est associée à la richesse, et le fait que la terre ait été volée aux peuples autochtones et donnée principalement à des hommes blancs était un énorme transfert de richesse, et qui affecte la façon dont nous définissons la richesse aux États-Unis aujourd'hui.

Il va sans dire qu'il n'y a jamais eu de réparations pour les millions d'Africains qui ont été amenés ici contre leur gré et réduits en esclavage. Il y avait des promesses faites à des hommes libres, d'anciens esclaves, de leur donner des terres. Et Reconstruction avait aussi beaucoup de promesses pour faire de ce pays un pays plus égalitaire. Mais ces promesses ont été trahies.

Et nous sommes passés de 1860 à aujourd'hui sans aborder la question de savoir qui obtient la terre à cultiver. Et ce que nous avons vu dans l'intervalle, c'est la consolidation de ces terres qui ont été cédées par le gouvernement fédéral, la consolidation de terres qui appartenaient à des hommes blancs, en grandes sociétés appartenant à des hommes blancs.

Si vous voulez parler de la lutte contre les inégalités aux États-Unis aujourd'hui, vous devez parler de qui cultive la terre, qui possède la terre et quels sont leurs objectifs en cultivant la terre. Maintenant, nous en sommes à l'endroit où vous pouvez voir pourquoi je pense que la nourriture est un tel déterminant de ce qui se passe dans la société.

Nous n'en sommes même pas arrivés au point de mentionner les problèmes de santé publique qui entourent la nourriture, ou les problèmes d'équité, ou les problèmes d'accessibilité. Nous ne parlons toujours que de terre et d'agriculture, et nous parlons déjà des déterminants de ce à quoi ressemble notre pays en ce moment.

Ainsi, même dans cette période antérieure de l'histoire américaine, le fait que la terre était contrôlée principalement par des hommes blancs a créé cette ségrégation alimentaire naturelle. Et il y avait différentes manières de distribuer la nourriture ou de la commercialiser. Pouvez-vous utiliser cela comme un tremplin pour parler de certaines de ces inégalités?

« L'agriculture est passée d'une activité où les gens cultivaient de la nourriture pour eux-mêmes, leurs voisins, leurs régions – à une activité où les gens cultivaient de la nourriture à expédier et à vendre ailleurs. Et cela a commencé à se produire très tôt. La construction du canal Érié, les premiers chemins de fer et tout cela ont rendu cela possible.

Vous commencez à voir les terres agricoles passer d'une variété de cultures à… des cultures de base. Et les cultures de base sont ce qui a été encouragé, soutenu et même subventionné par le gouvernement fédéral depuis avant la Première Guerre mondiale, mais surtout à partir de la Première Guerre mondiale. Et ces cultures de base ne sont pas vraiment de la nourriture pour les gens, ce sont de la nourriture pour l'industrie.

L'exemple extrême est donc la culture du maïs pour l'éthanol. Des exemples moins extrêmes, mais toujours flagrants, sont la culture d'aliments, la culture de maïs pour nourrir les animaux, qui sont ensuite élevés de manière industrielle. Ou pire encore, à mon avis, cultiver des aliments pour en faire des aliments hyper transformés, qui sont à peine qualifiés d'aliments et qui . empoisonne ou rend malade un grand pourcentage de notre population aujourd'hui. Et, bien sûr, le pourcentage de la population qui est le plus susceptible de tomber malade à cause de la commercialisation de la malbouffe est constitué de personnes avec moins d'argent. »

Pouvez-vous parler de l'énorme production et vente de sucre transformé, et comment la poussée du régime faible en gras a produit d'énormes problèmes de santé ?

« Le 20e siècle vient de voir la conversion des aliments en produits alimentaires de manière importante. Beaucoup de produits que nous considérons comme de la nourriture ont été inventés au 20e siècle. Je ne parle pas seulement des Twinkies, mais des dîners surgelés et des soupes en conserve et une foule d'autres choses, au point que, selon certaines estimations, 60% de nos calories sont maintenant sous forme d'aliments ultra-transformés. Par aliments ultra transformés, j'entends des aliments que vous ne pourriez pas préparer vous-même. Des aliments fabriqués à partir d'ingrédients que l'on ne trouve dans la cuisine de personne. Nourriture que nos grands-mères ne reconnaîtraient pas.

Le sucre est donc une grande partie de cela à coup sûr. Et le sucre est probablement le principal responsable des maladies chroniques liées à l'alimentation, qui est la plus grande cause de mortalité dans notre pays, et… bien plus grave que COVID. Mais les glucides hautement transformés de toutes sortes sont mauvais pour nous. Et chaque année, il y a de plus en plus de produits alimentaires, de substances ressemblant à des aliments, peu importe comment vous voulez les appeler, des objets ressemblant à des aliments non identifiables… et chaque année, nos taux de diabète augmentent, nos taux de cancer augmentent, notre régime alimentaire les maladies augmentent.

… COVID a tué environ 300 000 Américains en 2020. Nous reconnaissons cela comme une crise. On s'en est occupé, vu les limites de l'administration, du mieux qu'on a pu... mais 1,5 à 1,7 million d'Américains meurent de maladies chroniques liées à l'alimentation. C'est le numéro du National Institutes of Health. Et nous n'appelons pas cela une crise. Pour une raison quelconque, nous sommes prêts à vivre avec ça. Et si je peux avoir un impact sur ce nombre, sur la façon dont nous pensons à ce nombre et disons, nous avons une crise alimentaire ici dont le fondement est vraiment dans l'agriculture, car nous ne pouvons manger que ce que nous produisons. Et nous, les gens, n'avons aucun contrôle sur ce qui est produit, transformé et vendu. Nous avons très peu de contrôle sur notre alimentation. C'est ce qui doit changer. Et c'est du gros truc. Ce n'est pas comme « Achetez sur votre marché de producteurs », même si c'est une bonne idée. C'est comme si nous avions besoin d'un changement fondamental dans notre façon de penser à la nourriture.

Soutenez KCRW — votre bouée de sauvetage au quotidien.

KCRW défend notre mission de servir notre communauté de toutes les manières possibles pendant cette période difficile. Nous sommes là pour vous fournir des nouvelles locales, des informations sur la santé publique, de la musique pour votre esprit et un lien culturel. Restez à jour et inscrivez-vous à nos newsletters. Et, si à ce moment vous êtes en mesure de soutenir nos efforts, s'il vous plaît envisager de faire un don.


Discussion

La CCM en tant que mesure absolue liée au volume respiratoire peut être utilisée pour résoudre le problème des demandes respiratoires et énergétiques chez les humains modernes 44,45 et, potentiellement, chez les hominidés fossiles également 9,35.

Cependant, bien que les valeurs de CCM soient obtenues par une technique simple chez des sujets hospitaliers (comme dans l'étude 44 de Bellemare), cela est plus difficile lorsque nous traitons des archives fossiles. En effet, nous ne pouvons déduire la CCM qu'à partir de variables mesurées dans des éléments individuels de la cage thoracique tels que les côtes et les vertèbres. À cet égard, nos résultats sont pionniers en montrant que la taille individuelle des côtes (évaluée à travers TVA_sml, TVC et CS) peut être corrélée avec la CCM. Nous précisons également que, bien que notre mesure 3D (CS) soit plus corrélée à la CCM que la mesure traditionnelle TVC pour les côtes 3 à 10, l'arc tubercule-ventral (TVA_sml) est encore plus informatif sur la CCM. Ceci est peut-être dû au fait que la TVA capture des informations sur la largeur médiolatérale et la circonférence pulmonaire, tandis que la TVC ne capture que la taille antéropostérieure, qui doit également influencer le CS. De plus, nous précisons que la taille des côtes centrales-inférieures est plus corrélée à la CCM que ne l'est la taille des côtes supérieures (Fig. 1). Ceci est cohérent avec des recherches récentes qui montrent que la taille inférieure du thorax est plus corrélée à la taille fonctionnelle, comprise comme l'augmentation de la taille de l'expiration maximale à l'inspiration maximale 42 .

Nos résultats pour les Néandertaliens montrent que la TLC présente des valeurs absolues qui sont plus grandes que dans leurs homologues humains correspondants (tableau 3). Kebara 2, un homme de Néandertal d'Israël, montre une valeur moyenne de 9,04 l de CCM, ce qui est statistiquement plus grand que notre échantillon humain masculin (moyenne = 7,20 l) et celui de Bellemare et al. 44 (moyenne = 6,27 l). Nos estimations pour Tabun 1, une femelle de Néandertal d'Israël, ont donné une valeur moyenne de 5,85 l, ce qui est statistiquement plus grand que notre échantillon féminin (moyenne = 4,85 l) et la moyenne de Bellemare et al. 44 (moyenne = 4,81 l). Il convient de noter que le mâle Kebara 2 TLC était 54% plus grand que la valeur pour la femelle Tabun 1. Le fait que ce pourcentage soit légèrement plus grand chez les Néandertaliens que dans notre échantillon humain moderne (environ 48%, voir ci-dessus) pourrait être le résultat des différences de composition corporelle, car Kebara présente une masse maigre plus importante par rapport à Tabun 1 que nos humains modernes masculins par rapport à nos femelles modernes (tableau 3). La côte d'El Sidrón SD-1450 donne également un aperçu de la TLC de Néandertal, et puisqu'elle est statistiquement plus grande que notre échantillon masculin, il est probable qu'elle aurait appartenu à un individu masculin.

Il est important de noter que, si nous avions essayé d'estimer les valeurs TLC de ces spécimens fossiles en utilisant d'autres variables (telles que la stature) à partir d'équations humaines standard, Tabun 1 TLC aurait été estimée à 4,67 l, 4,50 l et 4,91 l en utilisant le formules de Crappo et al. 46, Roca et al. 47 et Quanjer et al. 48, respectivement. Si nous avions utilisé des équations humaines standard pour estimer la valeur de Kebara 2 TLC, nous aurions obtenu des valeurs de 6,18 l, 6,20 l et 6,36 l en utilisant les formules de Quanjer et al. 48, Cordero et al. 49 et Neder et al. 50, respectivement. Par conséquent, Kebara 2 et Tabun 1 présentent des valeurs de CCM beaucoup plus importantes en utilisant nos équations que lors de l'utilisation d'équations standard humaines. Comme différentes équations sont utilisées selon le sexe, nous n'avons pas calculé cette valeur pour les hominidés d'El Sidrón Neandertal et ATD6, car leur sexe n'était pas connu.

Des preuves récentes suggèrent que le grand TLC observé chez les Néandertaliens par rapport aux humains modernes était le résultat de grosses côtes dans le thorax central-inférieur couplé à une orientation plus dorsale des processus transversaux chez les Néandertaliens par rapport aux humains modernes, provoquant une expansion médiolatérale de la cage thoracique 18 ,20 . Cette morphologie de la cage thoracique (Fig. 3), combinée à nos résultats de CCM pour les Néandertaliens, est compatible avec un apport important en oxygène pour maintenir leur DEE élevé attendu proposé par les auteurs précédents 9,35,51. Ce grand DEE doit être dû à leur gros cerveau (Fig. 3, Tableau 3) et à leur grande masse corporelle maigre (Tableau 3), mais des explications alternatives telles que la possibilité que les Néandertaliens aient de gros intestins (foie et systèmes urinaires) nécessaires au traitement de gros quantités de viande, pourrait également être liée à un DEE élevé 52 .

une Forme du thorax et des poumons en vue frontale chez les humains modernes et les Néandertaliens et leurs cerveaux associés en vue latérale. Le thorax et le crâne de Néandertal appartiennent respectivement aux Néandertaliens Kebara 25 et Guattari. Le thorax et le crâne humains modernes appartiennent à une moyenne de quatre humains modernes 82 et OI-2053, respectivement. b Superposition dans la vue frontale des cages thoraciques de Néandertal et de l'homme moderne. c Superposition dans la vue caudale des cages thoraciques de Néandertal et de l'homme moderne

Même s'il existe un accord sur la grande taille de la cage thoracique des Néandertaliens 14,15,16,17,18,19,20, il n'est pas aussi clair si leurs cages thoraciques étaient plus grandes pour leur masse corporelle ou leur stature 35 . Par exemple, les estimations de l'aire respiratoire de Shanidar 3 Neandertal de la côte 8 suggèrent qu'elle était proportionnelle à sa masse corporelle mais que l'aire respiratoire de la côte 8 de Kebara 2 était relativement plus grande pour sa masse corporelle 35 . À cet égard, nos résultats pourraient suggérer que Kebara 2 et Tabun 1 présentaient un rapport TLC/M plus important que nos échantillons de référence humains modernes, ce qui soutient les 35 travaux de Churchill. Quant à savoir si les Néandertaliens présentent une plus grande TLC pour leur stature par rapport aux humains modernes, nos résultats soutiennent cette affirmation puisque les valeurs TLC/S des individus Kebara 2 et Tabun 1 étaient (en moyenne) plus grandes que leurs échantillons humains modernes correspondants. Le fait que les deux Néandertaliens aient présenté des valeurs TLC/M et TLC/S plus élevées par rapport à notre échantillon humain moderne doit être lié à leur grand DEE.

However, some caution must be taken in the interpretation of these results since TLC/M and TLC/S ratio are based on estimates of stature and lean body mass in Neanderthals 9,35,51,53 and this could introduce some error in the ratios. Even when including this potential error, it is clear that Neanderthals’ thoraces were larger for their stature (Fig. 2), which would be consistent with previous research on ribcage/body size ratios based on rib size/humerus length 15 . It is also important to recall that lean body mass estimates were calculated applying fat-free mass percentages to the total Neanderthal body mass, which were taken from modern Inuit individuals 51,54,55 . Therefore, it is possible that the percentages for Neanderthals were different than those of Inuits. In addition to differences in fat-free mass percentages, there may also be differences in other tissues, such as brown adipose tissue. Although the role of this tissue in environmental adaptation is speculative, it is the only human tissue dedicated exclusively to heat production 56 . Body composition in Neanderthals is not the focus of our work and should be addressed in future research.

Regarding the evolutionary origin of the large Neanderthal TLC, H. heidelbergensis (likely potential ancestors of Neanderthals) are also thought to have large thoraces, both in absolute terms and perhaps relative to their stature as well 6,57 . However, the lack of literature on fossil remains of the costal skeleton makes it difficult to address this issue. Lower Pleistocene hominins from the Gran Dolina site (Burgos, Spain) are hypothetical ancestors of H. heidelbergensis (and thus Neanderthals) and are also thought to have large thoraces because of their long clavicles 6,30 . Whether H. antecessor is actually a species itself or represents an European branch of H. erectus/ergaster 34 , recent Bayesian analyses 58,59 suggest that H. antecessor belongs to a basal clade of modern human and Neanderthals, alongside other early Homo species such as H. erectus, ergaster and the recently discovered species named as H. naledi 60 . Par conséquent, H. antecessor could be used as an approach to test whether large bodied early Homo species already presented a large TLC.

Our results of estimated TLC based on ribs 7 and 10 yielded values of 5.28 l and 8.70 l for ATD6 hominins, respectively, which were larger than our comparative sample of female and male modern humans, respectively. In this case, we are not certain that these ribs belonged to the same individual, so we hypothesize here that ATD6–39 (the larger value) could represent a male rib, whereas ATD6–89+206 (the smaller value) could represent a female rib. If this is confirmed, we would see in ATD6 hominins the same evolutionary trend that we see in Neanderthals, males and females being larger (on average) than our modern human comparative sample. However, some caution should be taken because of the uncertainty in the composition of the ATD6 sample 31 . The TLC/M ratio for these hominins could not be calculated since body mass values are not available in the current literature due to the fact that this fossil site did not yield any remains of lower limbs that were well enough preserved to provide evidence of body mass 30 . Regarding stature, ATD6 hominins presented an average stature of 172.5 cm, which was larger than the average for Neanderthals 6,30,57 . The TLC/S ratio for ATD6 hominins using rib 7 was larger than the female average and larger than the male average using rib 10. This would support the possibility that ribs ATD6–89+206 and ATD6–39 are female and male ribs, respectively. It would also support what we found in Neanderthals, that is, that the large TLC relative to stature was beginning to be evident in the Lower Pleistocene of Europe, even when considering that ATD6 hominins presented larger statures than Neanderthals 6,30 .

Therefore, according to the evidence of TLC, if we accept that H. antecessor was in the basal clade of both Neanderthals and modern humans, we suggest here that a large ribcage relative to stature is present in the whole European hominin lineage (represented here by ATD6 hominins and Neanderthals). However, whether it is also present in other European hypothetically intermediate species such as H. heidelbergensis must be addressed in future research. The large ribcage of the European hominin lineage could be linked to the wide trunks proposed by previous authors for those species 6 , which would show an evolutionary trend towards Neanderthals, based on relative stature reduction and relative thorax size increase.

Regarding the adaptive significance of this evolutionary trend, it should be noted that in the Lower and Middle Pleistocene there is a trend towards large body sizes across most of the mammal clade, with herbivores showing a larger size increase than carnivores 61,62,63,64,65 . In carnivores, this size increase could be important for facilitating hunting tasks, whereas in herbivores it could be important for avoiding being preyed upon by carnivores. This general ecological rule could also apply to hominins and perhaps underlie the large body mass of Lower and Middle Pleistocene hominins, partially explaining their wide trunks 9 . Besides this general explanation, other more specific ones have been proposed: the stout (“short but massive”) Neanderthal body could be explained by the eco-geographical rules of Allen and Bergmann 66,67 , which could cause the shortening of distal limbs and the widening of the trunk observed in Neanderthals 1,2,3,4,5,6,7,8,9 . However, recent studies on bioenergetics show that Neanderthals inhabiting the same climatic conditions as modern humans present larger DEE than modern humans. This could be the result of the cost of maintaining heavy and highly muscled bodies with large brains (Fig. 3, Table 3) along with the need to exert muscular force in the accomplishment of subsistence tasks 9,35,36,51 . This larger muscle mass would have provided them with a greater thermogenic capacity and also greater insulation against cold compared to modern humans, which could be understood as an exaptation 9,35 . Future studies should include more Neanderthal ribs and also other hominin species not included here, such as H. heidelbergensis ou H. erectus, in order to expand the evolutionary framework.

Finally, even though physiological function must have been of evolutionary significance, caution should be used in assuming that an enlarged thorax was result of natural selection and was passed down as an adaptation to later European Pleistocene hominins. In particular, enhanced pulmonary function as modelled in modern human populations living at high altitudes shows that developmental processes have an important role in shaping the physiology of respiration and oxygen consumption 68,69,70,71,72 . Developmental factors also play an important role in determining thorax morphology. Here again, humans living at high altitudes from many different regions provide important data demonstrating this point, but the small sample sizes of hominin fossil assemblages make developmental factors difficult to test. The possibility that developmental processes contributed to the emergence of a large thorax and pulmonary capacity in early Pleistocene hominins of Europe and in later Neanderthals does not alter the results of this study.

Our work is, to our knowledge, the first successful attempt to estimate TLC in fossil hominins. We have found that Neanderthals presented around 20% larger lung capacities than modern humans, both absolutely and relative to their lean mass and stature. This could be caused by the large lean body mass of Neanderthals, coupled with their large brains and gut size (liver and urinary systems), contributing to their high DEE. Assuming that H. antecessor is in the basal clade of Neanderthals (which is still a heated debate), the trend towards large lung capacities could even be observed in the lower Pleistocene of ATD6. Finally, although we used a large sample of current Europeans to create a statistical model (controlled for stature and body mass) to calculate TLC in fossil hominins, future research should include broader samples from different modern humans populations. Those that present different limb proportions compared to Europeans and that could parallel Neanderthal body proportions (populations adapted to high altitudes and extreme low temperatures) are mostly necessary. In addition, future studies should make an effort to include early H. sapiens such as Cro-Magnon, Skhul or Abri Pataud.


Evolution Of Technology

By far the most interesting advancement in computers to me was the development of the “supercomper” called ATLAS. The University of Manchester developed ATLAS in the United Kingdom and it was officially authorized in 1962. This computer was unlike anything seen before it was ten times faster then any other computer built. There were many different changes in to the make the supercomputer so much faster and smarter. They changed their transistors from germanium to silicon.&hellip


CSIC reconstructs how Neanderthals grew, based on an El Sidrón child

How did Neanderthals grow? Does modern man develop in the same way as Homo neanderthalensis did? How does the size of the brain affect the development of the body? A study led by the Spanish National Research Council (CSIC) researcher, Antonio Rosas, has studied the fossil remains of a Neanderthal child's skeleton in order to establish whether there are differences between the growth of Neanderthals and that of sapiens.

According to the results of the article, which are published in Science, both species regulate their growth differently to adapt their energy consumption to their physical characteristics.

"Discerning the differences and similarities in growth patterns between Neanderthals and modern humans helps us better define our own history. Modern humans and Neanderthals emerged from a common recent ancestor, and this is manifested in a similar overall growth rate", explains CSIC researcher, Antonio Rosas, from Spain's National Natural Science Museum (MNCN). As fellow CSIC researcher Luis Ríos highlights, "Applying paediatric growth assessment methods, this Neanderthal child is no different to a modern-day child". The pattern of vertebral maturation and brain growth, as well as energy constraints during development, may have marked the anatomical shape of Neanderthals.

Neanderthals had a greater cranial capacity than today's humans. Neanderthal adults had an intracranial volume of 1,520 cubic centimetres, while that of modern adult man is 1,195 cubic centimetres. That of the Neanderthal child in the study had reached 1,330 cubic centimetres at the time of his death, in other words, 87.5% of the total reached at eight years of age. At that age, the development of a modern-day child's cranial capacity has already been fully completed.

"Developing a large brain involves significant energy expenditure and, consequently, this hinders the growth of other parts of the body. In sapiens, the development of the brain during childhood has a high energetic cost and, as a result, the development of the rest of the body slows down," Rosas explains.

Neanderthals and sapiens

The cost, in terms of energy, of anatomical growth of the modern brain is unusually high, especially during breastfeeding and during infancy, and this seems to require a slowing down of body growth. The growth and development of this juvenile Neanderthal matches the typical characteristics of human ontogeny, where there is a slow anatomical growth between weaning and puberty. This could compensate for the immense energy cost of developing such a large brain.

In fact, the skeleton and dentition of this Neanderthal present a physiology which is similar to that of a sapiens of the same age, except for the thorax area, which corresponds to a child between five and six years, in that it is less developed. "The growth of our Neanderthal child was not complete, probably due to energy saving", explains CSIC researcher Antonio Rosas.

The only divergent aspect in the growth of both species is the moment of maturation of the vertebral column. In all hominids, the cartilaginous joints of the middle thoracic vertebrae and the atlas are the last to fuse, but in this Neanderthal, fusion occurred about two years later than in modern humans.

"The delay of this fusion in the vertebral column may indicate that Neanderthals had a decoupling of certain aspects in the transition from infancy to the juvenile phase. Although the implications are unknown, this feature could be related to the characteristic enlarged shape of the Neanderthal torso, or slower brain growth", says Rosas.

The Neanderthal child

The protagonist of this study was 7.7 years old, weighed 26 kilos and measured 111 centimetres at the time of death. Although the genetic analyses failed to confirm the child's sex, the canine teeth and the sturdiness of the bones showed that it to be a male. 138 pieces, 30 of them teeth (including some milk teeth), and part of the skeleton- including some fragments of the skull from the individual- identified as El Sidrón J1, have recovered.

The researchers have been able to establish that our protagonist was right-handed and was already performing adult tasks, such as using his teeth as a third hand to handle skins and plant fibres. In addition, they know who his mother was, and that the child protagonist of this investigation had a younger brother in the group. Furthermore, this child was found to have suffered from enamel hypoplasia when he was two or three years old. Hypoplasia (white spots on the teeth, especially visible in the upper incisors), occurs when the teeth have less enamel than normal, the cause usually being malnutrition or disease.

Discovered in 1994, the El Sidrón cave, located in Piloña (in Asturias, northern Spain) has provided the best collection of Neanderthals that exists on the Iberian Peninsula. The team has recovered the remains of 13 individuals from the cave. The group consisted of seven adults (four women and three men), three teenagers and three younger children.

Previous studies have been carried out by a multidisciplinary team led by the paleoanthropologist Antonio Rosas (CSIC's National Museum of Natural Sciences), the geneticist Carles Lalueza-Fox (Institute of Evolutionary Biology, run by CSIC and the Pompeu Fabra University) and by the archaeologist Marco de la Rasilla (University of Oviedo).

Disclaimer: AAAS and EurekAlert! are not responsible for the accuracy of news releases posted to EurekAlert! by contributing institutions or for the use of any information through the EurekAlert system.


Going with the gut

A teeming community of microbes thrives in the colon, all ultimately feeding on our leftovers. These tens of trillions of individual organisms (similar in number to all the human cells in the human body) belong to many different species. Our microbial communities vary enormously from person to person, but there’s a lot of what Carmody calls “redundancy in function”: different microbes can play the same roles. “At a functional level, we’re more similar than we would appear to be when we just look at the different bugs that are present,” she says.

There are about 150 times as many independent genes in our microbiome as we have in our own bodies, which gives our microbes a vast metabolic range—much bigger than ours. They can perform a whole bunch of functions that we can’t, says Carmody, such as breaking down materials we can’t digest, including cellulose. That functional range “has driven really profound, but very visible changes in biodiversity across animals that are linked to diet,” says Carmody. For example, unlike humans and most other primates, who carry our microbiomes at the rear end of our intestinal tracts, ruminants like cows and sheep that eat cellulose-rich grasses and shrubs but do not manufacture cellulose-digesting enzymes have evolved to keep theirs at the beginning, in four-chambered stomachs. This arrangement allows microbes to first break down the cellulose, which then makes the nutritional contents of the plant cell more available to the animal.

Although we lack cows’ stomachs, we too benefit from gut microbes that digest cellulose and other nutrients that resist digestion in the small intestine. They break these down into short-chain fatty acids, which we can absorb in our colons and use for energy. However, short-chain fatty acids provide fewer calories than the carbohydrates and proteins from which they are derived, because some of the energy goes to fuel the microbes themselves. “Microbes help us salvage energy from food that would otherwise go undigested. So under dietary conditions where fewer nutrients are absorbed in the small intestine and more make it into the colon, you’ve got greater energy return in the colon, but not greater energy return overall, because you’ve lost the ability to have first dibs on that food,” says Carmody.

When we change what we feed our microbes by changing what we eat, that will change the entire microbial ecosystem. “From the microbial communities’ perspective, on the raw diet the microbial community in the colon is seeing a large influx of starch. On the cooked diet, it’s not really seeing much starch come in at all,” says Carmody. “And so on the raw diet, competition will favor microbes that are very good at processing and metabolizing that starch, causing them to proliferate in number at the expense of those who can’t really take advantage of that starch.”


Neanderthals and sapiens

The cost, in terms of energy, of anatomical growth of the modern brain is unusually high, especially during breastfeeding and during infancy, and this seems to require a slowing down of body growth. The growth and development of this juvenile Neanderthal matches the typical characteristics of human ontogeny, where there is a slow anatomical growth between weaning and puberty. This could compensate for the immense energy cost of developing such a large brain.

In fact, the skeleton and dentition of this Neanderthal present a physiology which is similar to that of a sapiens of the same age, except for the thorax area, which corresponds to a child between five and six years, in that it is less developed. “The growth of our Neanderthal child was not complete, probably due to energy saving”, explains CSIC researcher Antonio Rosas.

The only divergent aspect in the growth of both species is the moment of maturation of the vertebral column. In all hominids, the cartilaginous joints of the middle thoracic vertebrae and the atlas are the last to fuse, but in this Neanderthal, fusion occurred about two years later than in modern humans.

“The delay of this fusion in the vertebral column may indicate that Neanderthals had a decoupling of certain aspects in the transition from infancy to the juvenile phase. Although the implications are unknown, this feature could be related to the characteristic enlarged shape of the Neanderthal torso, or slower brain growth”, says Rosas.


Materials and Methods

Materials.

Our sampling strategy aimed to collect dental calculus from a minimum of two independent populations, each consisting of at least five individuals, for each host genus and modern human lifestyle group (excepting Alouatta) (SI Appendix, Table S1 and Dataset S1). Dental calculus was sampled from twentieth-century skeletal remains of wild Alouatta (A. palliata), Gorilla (g. berengei beringei g. berengei graueri g. gorilla gorilla), and Pan (P. troglodytes schweinfurthii P. troglodytes ellioti P. troglodytes verus) and from archaeological Neanderthals and modern humans using established protocols (DOIs: 10.17504/protocols.io.7vrhn56 and 10.17504/protocols.io.7hphj5n). Although many present-day human dental plaque datasets are publicly available, they have been shown to not be directly comparable to dental calculus (23), and consequently we generated dental calculus data for present-day humans. The study of deidentified present-day dental calculus was approved by the Institutional Review Board for Human Research Participant Protection at the University of Oklahoma (IRB no. 4543). All samples were collected under informed consent during routine dental cleaning procedures by practicing dental odontologists. For additional sample context descriptions and additional ethical approval information, reference SI Appendix, section S2.1.

Laboratory Methods.

For all museum and field station samples, we performed DNA extraction in dedicated cleanroom facilities using a protocol optimized for the recovery of degraded and fragmentary DNA (86). Present-day calculus was extracted as previously described (23). For all samples, DNA was built into dual-indexed Illumina libraries (87) and shotgun sequenced. In addition, a subset of samples were separately subjected to UDG treatment (88), followed by deep sequencing. Negative controls were included in all extraction and library construction batches. Sequencing was performed on either Illumina NextSeq. 500 or HiSeq. 4000 platforms. For details, reference SI Appendix, section S2.2–S2.4 and protocols.io under DOI: 10.17504/protocols.io.bq7wmzpe.

Data Processing and Quality Filtering.

For detailed descriptions of preprocessing and analysis procedures, including code, reference SI Appendix and external data repository (GitHub repository: https://github.com/jfy133/Hominid_Calculus_Microbiome_Evolution Archive DOI: 10.5281/zenodo.3740493). Additional ancient (13) and present-day dental calculus (23) data from previous studies were downloaded from the Online Ancient Genome Repository (OAGR) (https://www.oagr.org.au/) and the European Bioinformatics Institute (EBI) European Nucleotide Archive (ENA) (https://www.ebi.ac.uk/ena/) databases, respectively. Comparative metagenomes from present-day modern human microbiome and environmental sources were additionally downloaded from the National Center for Biotechnology Information (NCBI) Sequence Read Archive (SRA) database (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/). Accession numbers and download instructions for all FASTQ files are provided in SI Appendix, section S3.1. The EAGER pipeline (89) was used to perform initial preprocessing of sequencing data to remove possible modern human DNA sequences that can interfere with taxonomic profiling (due to present-day modern human DNA contamination in microbial reference genomes). We used relaxed bwa aln (90) mapping parameters for aDNA (−n 0.01), and nonhuman reads from replicate samples and libraries were then concatenated per individual. Human-mapped sequences were then poly-G clipped prior to reporting of mapping statistics. Processing statistics are provided in SI Appendix, section S3.2.

Taxonomic Binning and Preservation Assessment.

For taxonomic binning, we used the aDNA-optimized high-throughput aligner MALT (27, 91) together with the NCBI nt database (October 2017 uploaded to Zenodo under DOI: 10.5281/zenodo.4382154) and a custom NCBI RefSeq database (containing bacteria, archaea, and Homo sapiens, October 2018, SI Appendix, section S3.3) and employed a relaxed percent identity parameter of 85% and a base tail cut off (“minimum support”) of 0.01%. Resulting RMA6 files were loaded into MEGAN6 CE (64) and prokaryotic Operational Taxonomic Unit (OTU) tables were exported (Dataset S2). A comparison of the two databases is provided in SI Appendix, section S3.3. Given the challenges of low preservation and contamination in ancient microbiome studies, we performed a multistep procedure to screen for and remove poorly preserved samples and contaminant OTUs from the non-UDG-treated dataset (SI Appendix, Fig. S2). We developed a visualization for the identification of calculus samples with weak oral microbiome signatures (SI Appendix, Fig. S3). This procedure involves comparing identified taxa to their previously reported isolation source(s), ranking these taxa from most to least abundant, and tracking the cumulative percentage of oral taxa along this rank (termed here as “decay”). Samples with a low percentage of oral taxa after an initial “burn-in” based on stabilization of curve fluctuation were removed from downstream analysis. Reference SI Appendix, section S3.4 for details. We compared this method to results obtained using SourceTracker (28)—which was performed on 16S-mapped reads filtered from shotgun data using EAGER (with comparative present-day modern human and environmental metagenomes as sources), followed by closed-reference clustering using QIIME (92)—and found concordance between the two methods (SI Appendix, Fig. S3). We next used the R package decontam (29) to statistically detect putative laboratory and environmental contaminants (as present in negative controls and a set of archaeological bone samples—SI Appendix, section S3.6), which were then removed prior to downstream analysis. To authenticate the remaining OTUs, we utilized the output of MaltExtract (93) in the MaltExtract-Interactive Plotting App (MEx-IPA) tool (DOI: 10.5281/zenodo.3380011), which we developed for rapid visualization of characteristic aDNA patterns, such as cytosine to thymine deamination, short fragment lengths, and edit distance from reference (SI Appendix, Fig. S4 and section S3.5). After mapping with EAGER to well-known oral taxa, we also validated DNA damage patterns using DamageProfiler (Fig. 1C) (94).

Microbial Compositional Analysis.

To remove low-abundance environmental contaminants or spurious hits, we selected a minimum abundance cutoff of 0.07% of alignments for genus-level and 0.04% of alignments for species-level identifications (SI Appendix, Figs. S7 and S8 and section 5.2). We normalized profiles through phylogenetic isometric-log-ratio transformation (95) of the abundance-filtered OTU tables and then performed PCoA on the resulting euclidean distances (SI Appendix Fig. S5 C et et SI Appendix, section S4.1). To statistically verify host genus clusters, we used the adonis function from the R package vegan to perform PERMANOVA (35) analysis after controlling from unequal sample sizes (SI Appendix, section S4.2). After removal of poorly preserved samples, oral communities show distinct centroids for each host genus (bootstrapped PERMANOVA, ɑ = 0.05, P = 0.001, pseudo-F = 5.23, R 2 = 0.28) Alouatta was excluded due to small sample size. We performed bootstrapped hierarchical clustering (96) on the euclidean distances of centered log ratio–transformed OTU tables and visualized the results in the form of a heatmap (Fig. 3 and SI Appendix section S4.3). Sample and taxon clustering was performed with the McQuitty hierarchical clustering algorithm, and taxon blocks within the heatmap were selected by visual inspection. Bootstrap values of sample clusters were estimated through the R package pvclust (96). Species oxygen-tolerance metadata was obtained from the BacDive database (97) via the BacDiveR R package (DOI: 10.5281/zenodo.1308060). For validation of the observations made on the heatmaps, we also performed grouped indicator analysis (98) (SI Appendix, section S4.4). Clustering of human oral microbiomes by variables such as time, geography, and dietary subsistence was assessed using PCoA, PERMANOVA, and hierarchical clustering (SI Appendix, section S4).

Core Microbiome Analysis.

Using the contaminant-filtered OTU tables of well-preserved samples, we converted all taxa above the minimum support threshold to a presence/absence profile. Taxa were required to be present in at least half (50%) of the members of a population for it to be considered core to the population and to be present in at least two-thirds (66%) of populations to be considered core to a host group (SI Appendix, Fig. S9 reference SI Appendix, section S5.2 for parameter experimentation details). We then generated UpSet plots (99) to visualize the microbial intersections of each host group at both the species and genus levels (Fig. 2 UNE et B), and we also compared the results between both databases. Further discussion on the exclusion of the common soil genus Mycobacterium from core genera is provided in SI Appendix, section S5.2. Validation of results through smaller sample sizes was carried out by bootstrapping analysis, which was performed by randomly subsampling (with replacement) individuals from each host genus and rerunning the core calculation procedure to 1,000 replicates (SI Appendix, section S5.3). We created a diagram of the core human oral microbiome (Fig. 2C) based on published fluorescence in situ hybridization (FISH) images of human dental plaque (8, 100). For species/genera that were not analyzed in these publications, literature searches were performed to find evidence of their localization within plaque based on immunohistochemistry, immunofluorescence, or FISH (SI Appendix, sections S5.1 and S5.4). All members of the human core microbiome are shown, including those also shared with other African hominids and howler monkeys. For further details, reference SI Appendix, section S5.3.

Genomic Analysis.

We used EAGER to map (see below for more details) the deep-sequenced UDG-treated dataset and four samples from present-day individuals (Alouatta, 3 Gorilla, 3 Pan, 4 Neanderthal, 3 ancient modern human, 6 present-day modern human, 4 total: 23) against the reference genomes of Tannerella forsythia et Porphyromonas gingivalis (SI Appendix, section S5.5). We used bedtools (101) to calculate the breadth and depth coverage of a set of known virulence factors for these two taxa. To reduce the risk of spurious alignments (e.g., from cross mapping of conserved sequences), we filtered out genes that had a breadth of coverage less than 70% and/or that appeared to have strongly different coverage depths compared to the rest of the genome (reference SI Appendix, section S5.5 for more details). The resulting genes were visualized as a heatmap for comparison (SI Appendix, Fig. S9). We selected all species-level Streptococcus alignments from the shallow sequenced dataset minimum support filtered NCBI nt–MALT OTU tables and assigned them to one of eight species groups based on the literature (67) (reference SI Appendix, section S5.6 for group definitions). We then calculated the fraction of alignments for each species group over all taxonomic alignments for each sample (Fig. 5B). To further validate the results, we calculated a similar ratio but based on the mapping of the deep-sequenced dataset against a superreference of 166 Streptococcus genomes (see below). We identified abpA- and abpB-like gene coordinates from the superreference using panX (102), then extracted the number of reads mapping to these annotations and calculated the fraction of these reads over all Streptococcus superreference mapped reads. We then applied a Mann–Whitney U test to test the null hypothesis of no difference between the distributions of ratios of Homo and nonhuman primates, as well as compared these results to a distribution of P values of 100 randomly shuffled group assignments (reference SI Appendix, section S5.7 for more details). Reference sequences of abpA et abpB were extracted from Streptococcus genomes in RefSeq and indexed for mapping. All shallow sequencing dataset samples were mapped against all reference strains. For samples with a gene coverage of at least 40% at 1×, a consensus sequence was exported from the Integrative Genome Viewer (IGV) (103). An input file of the consensus sequences and references was generated in BEAUTi and used to run BEAST2 (104) for Bayesian skyline plot analysis. For details, reference SI Appendix, section S5.9.

Microbial Phylogenetics.

We first attempted a competitive-mapping strategy against genus-wide superreferences of identified core taxa (reference SI Appendix, sections S6.1 and S6.2), but this approach yielded only limited results (SI Appendix Fig. S10 and section S6.3). We then instead performed phylogenetic reconstruction by mapping the same dataset to a single representative genome for each genus, considered as representing a population of related taxa. To account for challenges with low-coverage ancient data, we called SNPs using MultiVCFAnalyzer and required each SNP call to have a minimum of 2× coverage and a support of ≥70% of reads (SI Appendix, section S6.5). The resulting FASTA alignments were loaded into R. Samples with fewer than 1,000 SNPs were removed, and pairwise distances were calculated based on the JC69 model (105). A bootstrapped neighbor-joining algorithm from the R package ape (106) was applied to the distance matrices with 100 replicates (SI Appendix, section S6.6). Trees were visualized with ggtree (107). Finally, we retained trees where the basal internal nodes had bootstrap supports of ≥70% (SI Appendix, Fig. S11). The same procedure was then applied to the shallow sequencing dataset with the additional samples described above in the main text (SI Appendix, Fig. S12). To test whether pre-14 ka individuals clustered with Neanderthals due to reference bias, we calculated the median number of positions that were shared between EMN001 and Neanderthals to a histogram of median pairwise comparisons between all modern human individuals (SI Appendix, section S6.6).

Functional and Metabolic Pathway Analysis.

We took two approaches to characterizing the functional profiles of the calculus metagenomes. First, we used HUMANn2 (63) [with MetaPhlAn2 (108) generated taxonomic profiles] to generate functional profiles based on the UniRef90 (109) and ChocoPhlAn (July 2018) (63) databases. Preservation was independently assessed for pathway abundance and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) ortholog functional profiles, SI Appendix, section S7.1. We compared the functional profiles of well-preserved calculus between host groups using pathway abundance (m = 94) and gene families converted to KEGG orthologs (m = 109) using PCA (SI Appendix, Fig. S13). Orthologs with the strongest loadings were visualized with biplots (SI Appendix, Fig. S13 UNEC), and the species from which these orthologs were derived were determined (SI Appendix, Fig. S13 B). The clustering of host genera in PCAs using only orthologs in specific pathways (carbohydrates, amino acids, lipids) was also explored (SI Appendix, Fig. S10 UNEC). For details, reference SI Appendix, section S7.1.4. Second, we used AADDER (included within MEGAN6 CE) (64) to profile the number of alignments to annotations present in the custom RefSeq database as aligned by MALT (see above). We then used MEGAN6 to export SEED category (110) profiles. Preservation was independently assessed for SEED protein functional profiles, reference SI Appendix, section S7.2. We compared the functional profiles of well-preserved calculus (m = 95) between host groups using proteins but not higher-level pathways (SI Appendix, Fig. S13). The proteins with the strongest loadings were visualized using biplots (SI Appendix, Fig. S13 Eg), and the species from which these proteins were derived were determined (SI Appendix, Fig. S13 FH). The clustering of host genera in PCAs using only proteins in specific pathways (carbohydrates, amino acids, lipids) was also explored (SI Appendix, Fig. S14 F). For details, reference SI Appendix, section S7.2.3.


Voir la vidéo: Le veritable Néanderthal - Documentaire