Los cerebros neandertales crecieron con un mayor consumo de carbohidratos

Los cerebros neandertales crecieron con un mayor consumo de carbohidratos

Hace aproximadamente un millón de años, los cerebros de los neandertales duplicaron su tamaño en unos 200.000 años, un número insignificante en términos evolutivos. Durante mucho tiempo, la evolución del cerebro se ha atribuido a los usos cada vez más sofisticados de las herramientas de piedra. Los cerebros más grandes dieron a los neandertales nuevas ventajas en la caza y la búsqueda de alimento. Estos factores se conocen desde hace mucho tiempo como las principales razones de los cerebros neandertales más grandes, pero el último estudio sobre este tema ha destacado otro factor en este cambio en el tamaño del cerebro: el consumo de carbohidratos.

Un nuevo estudio publicado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), que estudió los microbiomas orales y las bacterias de los dientes de los neandertales y los humanos modernos (antes de la Revolución Agrícola hace 10.000 años), arroja nueva luz sobre por qué los cerebros neandertales crecieron en tamaño. Los investigadores encontraron que los alimentos ricos en almidón y carbohidratos, consumidos con tanta frecuencia que alteraban las bacterias en sus cuerpos, cambiaban su comportamiento y el tamaño de su cerebro.

"Creemos que estamos viendo evidencia de un comportamiento realmente antiguo que podría haber sido parte de la encefalización, o el crecimiento del cerebro humano", dijo la profesora de Harvard Christina Warinner. "Es evidencia de una nueva fuente de alimento que los primeros humanos pudieron aprovechar en forma de raíces, vegetales con almidón y semillas". Se apresuró a señalar que, obviamente, los seres humanos que formaban parte de este proceso no eran conscientes del efecto que esto tendría en sus cerebros.

Especímenes de gorila de Grauer en el Museo Real de África Central en Tervuren (Bélgica), que muestran depósitos típicos de cálculos dentales en los dientes que están teñidos de oscuro, probablemente como resultado de su dieta herbívora, que habría incluido gran cantidad de almidones y carbohidratos. (Katerina Guschanski / Museo Real de África Central )

Cerebros neandertales, placa dental y microbioma oral

El último estudio de los cerebros neandertales fue una empresa importante, que comprende un equipo de investigación internacional multidisciplinario de 50 científicos, de 13 países y 41 instituciones. El equipo fue dirigido principalmente por investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Historia Humana, Alemania y la Universidad de Harvard.

El estudio duró más de 7 años mientras el equipo analizó minuciosamente la placa dental fosilizada de los neandertales y el Pleistoceno tardío de los humanos modernos que vivieron durante los últimos 100.000 años, y la comparó con la de los chimpancés salvajes, gorilas y monos aulladores.

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"Pudimos demostrar que el ADN bacteriano del microbioma oral se conserva al menos el doble de lo que se pensaba", dijo J. A. F. Yates. Fue el autor principal del estudio y actualmente es candidato a doctorado en el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Historia Humana. "Las herramientas y técnicas desarrolladas en este estudio abren nuevas oportunidades para responder preguntas fundamentales en arqueología microbiana y permitirán una exploración más amplia de la relación íntima entre los humanos y su microbioma".

El microbioma oral es uno de los indicadores clave de la salud, la biología y las enfermedades humanas. Sin embargo, se sabe muy poco sobre su papel en la evolución o la diversidad a través de variadas topografías. Además, encontrar miles de millones de secuencias y fragmentos de ADN, de cientos de miles de años, es un proceso complejo y engorroso.

Los arqueogenetistas tienen que reconstruir los fragmentos rotos de genomas antiguos y luego, utilizando datos y tecnología de alta tecnología, intentan comprender las comunidades bacterianas muertas hace mucho tiempo. Tuvieron suerte con la reconstrucción del microbioma de un neandertal de 100.000 años de antigüedad de la cueva Pešturina en Serbia, duplicando la edad del microbioma oral más antiguo reconstruido.

Primer plano del cráneo de un hombre de las cavernas aborigen neandertal que muestra claramente los dientes y la placa dental, que se utilizó para comprender el microbioma oral y el consumo de carbohidratos neandertales. ( gerasimov174 / Adobe Stock)

Cerebros neandertales y bacterias dentales mal investigados

El otro desafío es que esta área de estudio está sorprendentemente poco investigada en términos de nombrar los millones de bacterias que viven en nuestra boca. Muchos de los microbiomas orales son responsables de funciones vitales dentro de la boca humana, incluidas encías y dientes sanos. Sin embargo, la mayoría de estas bacterias permanecen sin nombre, lo que plantea desafíos fundamentales para los investigadores contemporáneos.

Las comunidades de bacterias en la boca de los humanos modernos pre-agrícolas y los neandertales se parecían mucho entre sí, según el estudio. En particular, los humanos modernos y los neandertales albergaban un grupo inusual de Estreptococo bacterias en la boca. Estreptococo tiene la capacidad única de unirse a una enzima abundante en la saliva humana llamada amilasa, una enzima que cataliza la hidrólisis del almidón en azúcar.

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La bacteria que consume azúcar se encontró en el ADN de la placa de los neandertales y los humanos modernos, lo que indica un consumo definitivo de almidón. Los chimpancés, por otro lado, no tienen bacterias estreptocócicas en los dientes. Además, el estreptococo La presencia tanto en los neandertales como en los primeros humanos sugiere una herencia de microbios de ancestros comunes, potencialmente hace 600.000 años.

Familia de neandertales o cocina del Homo Sapiens temprano. El último estudio muestra que no solo se incluía carne en el menú, sino también cantidades crecientes de carbohidratos, lo que contribuyó a la expansión del tamaño del cerebro. ( Gorodenkoff / Adobe Stock)

Evolución humana y microbiomas

Las consecuencias de esto, en el estudio de la evolución humana, son profundas y cuádruples.

  • Una pequeña caída en la tasa de fertilidad puede haber llevado a la extinción de los neandertales
  • Los neandertales definitivamente tenían una dieta basada en carne: afirmaciones de dieta vegetal y caníbal refutadas

Primero, la teoría de la gran expansión del cerebro, que se había centrado en el desarrollo de herramientas de piedra y el consumo de carne, ha ampliado su alcance para futuras investigaciones.

En segundo lugar, como dice Christina Warriner de la Universidad de Harvard, arqueóloga molecular y coautora del estudio, "... esto empuja la importancia del almidón en la dieta más atrás en el tiempo".

En tercer lugar, la presencia de la enzima amilasa, que ayuda a la eficiencia de la digestión de los alimentos cocinados, también apunta a que la cocina se ha vuelto común y generalizada hace unos 600.000 años. Esto ayuda a disipar la noción de que cocinar, tal como lo conocemos, fue sinónimo únicamente de la Revolución Agrícola, que es un fenómeno mucho más reciente. En el futuro, la pregunta es si cocinar fue parte de la expansión del gran cerebro hace alrededor de 2 millones de años, pero el jurado aún está deliberando sobre eso.

Finalmente, el estudio ha ayudado a mejorar nuestro conocimiento de los microbiomas y hacer de su estudio una propuesta seria para los historiadores actuales y futuros. Como dice sucintamente Warriner, “muestra que nuestro microbioma codifica información valiosa sobre nuestra propia evolución que a veces nos da pistas sobre cosas que de otra manera no dejan rastro alguno”.


Basura: la historia de Mark Bittman de por qué comemos malos alimentos

Mark Bittman escribe su forma de cocinar: Los ingredientes son saludables, la preparación elegantemente simple, los resultados nutritivos en el mejor sentido de la palabra. Él nunca se esfuerza allí y no hace ningún esfuerzo por impresionar, pero usted sale lleno, satisfecho, vigorizado.

De su obra magna, Cómo cocinar todo, y sus numerosos libros de cocina, a sus recetas para Los New York Times, a sus ensayos sobre política alimentaria, Bittman ha desarrollado una ligereza que enmascara el peso de la política y la economía que rodean la elaboración y el consumo de alimentos. En Animal, Vegetal, Basura, su último libro, nos ofrece su ataque más completo a las fuerzas corporativas que gobiernan nuestros alimentos, rastreando la evolución del cultivo y el consumo desde la época primordial hasta la moderna y desarrollando lo que podría decirse que es su argumento más radical y directo sobre cómo abordar nuestras culturas alimentarias contemporáneas y rsquo muchos males. Pero aún así es fácil, el brócoli sabe lo suficientemente bien como para que usted se sienta feliz durante unos segundos.

Bittman comienza Animal, Vegetal, Basura con los primeros homínidos. A medida que estos antepasados ​​humanos aprendieron a caminar erguidos, comenzaron a buscar alimento en áreas más grandes y a cazar con relativa facilidad. Bittman señala que también comenzaron a desarrollar dietas más flexibles: & ldquoa variedad de frutas, hojas, nueces y animales, incluidos insectos, aves, moluscos, crustáceos, tortugas, animales pequeños, conejos y peces. nueva dieta, pronto aprendieron a rastrear presas más rápidas (lo que era más fácil de hacer en grupos y, por lo tanto, producía un comportamiento más social) y a cocinar al fuego.

Con más nutrientes y métodos más avanzados para recolectar y cocinar alimentos, los primeros homínidos y rsquo y ldquoyacensos ya considerables crecieron más grandes. en grasas y proteínas, y algunos tenían dietas en las que predominaban los carbohidratos. Pero a pesar de estas diferencias, las culturas alimentarias y las dietas emergentes tenían una cosa en común. La época de la caza y la recolección produjo un período de mayor longevidad y salud general que en casi cualquier otro tiempo antes o después. Finalmente, también produjo un nuevo truco: cómo permanecer en un lugar y cultivar cultivos cuyo excedente podría almacenarse.

Esa transición de la caza y la recolección a la agricultura fue bienvenida de muchas maneras, pero tuvo un precio, escribe Bittman. Sí, apoyó a poblaciones más grandes, pero las dietas se volvieron monótonas y menos nutritivas, la esperanza de vida disminuyó y las horas de trabajo aumentaron. Bittman no es el primero en hacer este argumento. Jared Diamond llamó memorablemente a la agricultura como el mayor error en la historia de la humanidad, por lo que Bittman no insiste en el tema, aceptando que ahora vivimos en un planeta donde la comida es algo que cultivamos, no algo que cazamos o recolectamos.

Para Bittman, el drama central de esta historia comienza en el transcurso del siglo pasado, cuando la agricultura y el procesamiento de alimentos se convirtieron en industrias masivas, y cuando pasamos de tener dos tipos de alimentos (plantas y animales) a ser abrumados por un nuevo tercer tipo & mdashone que era & ldquomore similar al veneno & rdquo Estas & ldquo sustancias comestibles diseñadas, apenas reconocibles como productos de la tierra, se llaman comúnmente & lsquojunk. & rsquo & rdquo

Esta comida chatarra ha creado, argumenta Bittman, una "crisis de salud pública que disminuye la vida de quizás la mitad de todos los seres humanos". A través de su dependencia de una agricultura que "se concentra en maximizar el rendimiento de los cultivos más rentables", ha hecho "más daño a" la tierra que la minería a cielo abierto, la urbanización, incluso la extracción de combustibles fósiles. & rdquo


Culpa a un antiguo cambio climático.

Hace entre 2,6 y 2,5 millones de años, la Tierra se volvió significativamente más caliente y seca. Antes de ese cambio climático, nuestros ancestros humanos lejanos & # x2014 conocidos colectivamente como homínidos& # x2014 subsistían principalmente de frutas, hojas, semillas, flores, corteza y tubérculos. A medida que subió la temperatura, los frondosos bosques se redujeron y las grandes praderas prosperaron. A medida que las plantas verdes se volvieron más escasas, la presión evolutiva obligó a los primeros humanos a encontrar nuevas fuentes de energía.

Las sabanas de pastizales que se extendían por África sostenían un número creciente de herbívoros que pastaban. Los arqueólogos han encontrado grandes huesos de herbívoros que datan de hace 2,5 millones de años con señales de corte reveladoras de toscas herramientas de piedra. Nuestros antepasados ​​homínidos ancestrales aún no eran cazadores capaces, pero probablemente robaron la carne de los cadáveres caídos.

& # x201C Más pastos significa más animales pastando, y más animales pastando muertos significa más carne, & # x201D dice Marta Zaraska, autora de Meathooked: La historia y la ciencia de nuestra obsesión de 2,5 millones de años por la carne.

Una vez que los humanos pasaron a comer carne, incluso ocasionalmente, no tomó mucho tiempo convertirlo en una parte importante de nuestra dieta. Zaraska dice que existe una amplia evidencia arqueológica de que hace 2 millones de años la primera Homo las especies consumían carne de forma activa y regular.

Los neandertales cazan una cebra para alimentarse.

Peter Bischoff / Getty Images


Cómo comer ha dado forma a nuestro pasado y define nuestro futuro, según Mark Bittman

Varios tacos de District Taco en Washington DC, Virginia y Filadelfia. “No estamos aquí si no es por comida. Entonces, la comida es el determinante de cómo usamos la tierra. Es donde vivimos ”, dice el autor Mark Bittman. Foto de Brandon Dewey Photography.

La comida ha jugado un papel importante en la historia y la evolución de la humanidad. Al ingerir más calorías y de mayor calidad, nuestro cerebro se hizo más grande y nos volvimos más inteligentes y reflexivos sobre la búsqueda y el cultivo de nuestros alimentos.

El viaje de la comida y la necesidad de comer ha impactado todo, desde la esclavitud y el colonialismo, hasta el hambre y el genocidio. Ahora la agricultura industrial amenaza la salud pública y agrava el cambio climático.

Joanthan Bastian de KCRW habla con el renombrado escritor gastronómico Mark Bittman sobre su último libro, "Animal, Vegetable, Junk: A History of Food, from Sustainable to Suicidal". Analizan cómo la comida ha dado forma a nuestro pasado y si podemos cambiar su impacto en el futuro.

Los siguientes extractos de la entrevista se han abreviado y editado para mayor claridad.

KCRW: En su libro, utiliza la comida como marco para retroceder en el tiempo y hablar sobre cómo se desarrollan los seres humanos. ¿Cómo pensaste que sería una forma importante para que comprendamos hasta dónde hemos llegado como sociedad humana?

Mark Bittman: “¿Por qué no comida? Es lo más importante que hay. Podrías discutir sobre comida versus oxígeno. Pero, obviamente, no estamos aquí si no es por comida. Entonces, la comida es el determinante de cómo usamos la tierra. Es donde vivimos. … El trabajo comenzó como trabajo agrícola.

Creo que esto sucedió después de años de decir: "No se puede arreglar la sociedad sin arreglar el sistema alimentario, y no se puede arreglar el sistema alimentario sin arreglar la sociedad", y hablar sobre los vínculos entre la comida y todo lo demás. Me di cuenta de que siempre ha sido así, que la comida empezó a rodar y nunca ha dejado de ser una de las influencias más poderosas ".

Uno de los primeros capítulos comienza con "el ciclo de retroalimentación entre el cerebro y la comida". ¿Que es eso?

“Básicamente describe el proceso por el cual salimos de los árboles. Empezamos a comer una dieta más diversa. Nadie lo sabe realmente, pero la presunción es que al ingerir más calorías y de mayor calidad, nuestro cerebro se hizo más grande. Y a medida que nuestro cerebro se hizo más grande, fuimos capaces de ser más inteligentes y reflexivos.

Pudimos encontrar más comida, mejoramos en la búsqueda de comida. Y a medida que fuimos mejorando en la búsqueda de comida, nuestro cerebro creció aún más. Y ese proceso continuó durante un par de cientos de miles de años, hasta que ... sobrevivimos a los neandertales y nos convertimos en la principal especie de Homo sapiens que somos ".

¿Puede ampliar la idea de la ingesta calórica y el tamaño del cerebro?

“No estoy seguro de que sea tanto la cantidad de calorías como la calidad de las calorías. ... Hubo una serie de cambios que tuvieron lugar en nuestros cuerpos en relación con los cuerpos de nuestros antepasados ​​más parecidos a los simios. Esos animales pasaron mucho tiempo masticando y mucho tiempo convirtiendo sustancias verdes y leñosas en alimentos digeribles que luego podrían convertirse en aminoácidos y proteínas.

Cuando bajamos de los árboles, y sobre todo cuando empezamos a cazar, empezamos a comer más directamente. Entonces, alimentos que eran fuentes de proteínas más altas. Por eso creo que se trata mucho del consumo de proteínas, es decir, un cerebro de mayor tamaño o habilidades de pensamiento más agudas. Y eso continuó y continuó y continuó a lo largo de los años.

Finalmente pudimos cazar mejor. Finalmente pudimos cocinar. Y eso significaba que teníamos aún más fuentes de alimentos a nuestra disposición, porque muchos alimentos que parecían comestibles son muy, muy difíciles de masticar o muy, muy difíciles de digerir, a menos que estén cocidos. Así que el control del fuego fue muy importante para determinar la dirección que tomaron nuestras dietas. Y las dietas en general tomaron, especialmente hasta el advenimiento de la agricultura, mejores y mejores direcciones ".

FOTO: Mark Bittman es periodista gastronómico, ex columnista del New York Times y autor de "Animal, Vegetable, Junk: A History of Food, from Sustainable to Suicidal". Foto de Jim Henkens

¿A dónde va la historia de estas primeras sociedades agrarias y la agricultura que se extendió por todo el mundo?

“Volveré a la formación de la agricultura y su responsabilidad de formar civilizaciones. … Cuando había agricultura, empezó a haber excedentes. Y cuando había excedentes, comenzaron a surgir personas cuyos trabajos no eran agricultores. Hasta ese momento, realmente no había nadie cuyo trabajo no tuviera nada que ver con la comida.

Pero una vez que hubo excedente, podría haber sacerdotes, constructores, contables, escribas, políticos, gerentes, comerciantes y todas las cosas que ahora consideramos profesiones o trabajos. Eso es un gran cambio. Y el hecho de que comenzó a cultivar alimentos y a hacer leyes y civilización, eso comenzó hace 10,000 años, y tal vez se consolidó hace 2000 años. Ese fue un gran, gran salto.

. Lo siguiente que es de especial interés para los norteamericanos son los siglos XIII al XVI. Y la forma más fácil de explicar esto, creo, es comenzar diciendo que se necesita más tierra para alimentar a las personas que dependen de los productos animales que para alimentar a las personas que están más orientadas hacia el vegetarianismo.

Entonces, las poblaciones más altas de Asia se explican en gran medida por el hecho de que había más culturas que dependían de las plantas en Asia que en Europa. La tecnología era igual de avanzada. De hecho, los chinos navegaron a África, que es un viaje mucho más largo, mucho antes de que los europeos navegaran por América del Norte.

Pero de alguna manera, las presiones de la población, el comercio, el capitalismo y la nueva economía de los siglos XV, y especialmente del XVI en Europa, realmente forzaron el problema y obligaron a los europeos a explorar y buscar nuevas tierras, para la agricultura y para otros fines. razones, también. Pero principalmente, o al menos muy importante, tierras para la agricultura. Y solo puedes imaginar el asombro de los europeos cuando comenzaron a explorar América del Norte y vieron el tamaño y la riqueza de este continente, y la población relativamente pequeña de indígenas aquí. Y tristemente, un pueblo indígena que se pudo conquistar para que los europeos se hicieran cargo.

Pero mucho de eso también tenía que ver con la agricultura. Los europeos traen sus sistemas agrícolas aquí, sus formas de propiedad de la tierra aquí, sus formas de distribución de la tierra y su voluntad de robar tierras a otras personas y matar si tienen que hacerlo. Esa fue toda la historia de los siglos XV y XVI, y eso continuó. Como sabemos, continúa ahora, pero esa fue la base de este país, en particular ”.

¿A dónde creemos que nos llevará la historia a continuación, especialmente en los Estados Unidos?

“Creo que lo más significativo, una de las cosas definitorias, de los Estados Unidos en este momento sucedió en el período posterior a la Guerra Civil. . En 1862, en medio de la Guerra Civil, se promulgó por primera vez la Ley de Homestead. … Toda la tierra al oeste de los Apalaches fue entregada a hombres blancos ya compañías ferroviarias, que, por supuesto, también estaban dirigidas por hombres blancos. Pero la tierra se entregó en porciones relativamente pequeñas: 160, 320 o 640 acres se entregaron básicamente a aquellos hombres que querían dejar el Este o querían dejar Europa y convertirse en agricultores. . Ese fue uno de los primeros determinantes de la riqueza en Estados Unidos. Y la propiedad de la tierra, obviamente, está asociada con la riqueza, y el hecho de que la tierra fuera robada a los pueblos indígenas y entregada en su mayoría a hombres blancos fue una tremenda transferencia de riqueza, que afecta la forma en que definimos la riqueza en los Estados Unidos hoy.

No hace falta decir que nunca hubo reparaciones para los millones de africanos que fueron traídos aquí contra su voluntad y esclavizados. Se hicieron algunas promesas a los hombres libres, a los ex esclavos, sobre darles tierras. Y la Reconstrucción también era muy prometedora en cuanto a hacer de este un país más igualitario. Pero esas promesas fueron traicionadas.

Y pasamos desde 1860 hasta ahora sin abordar el tema de quién obtiene la tierra para cultivar. Y lo que hemos visto en ese tiempo intermedio es la consolidación de esa tierra que fue cedida por el gobierno federal, la consolidación de la tierra que era propiedad de hombres blancos, en, en gran parte, corporaciones que son propiedad de hombres blancos.

Si quiere hablar sobre cómo abordar la desigualdad en los Estados Unidos hoy en día, debe hablar sobre quién cultiva la tierra, quién es dueño de la tierra y cuáles son sus objetivos al cultivar la tierra. Ahora estamos en el lugar donde se puede ver por qué creo que la comida es un factor determinante de lo que está sucediendo en la sociedad.

Ni siquiera hemos llegado al punto de mencionar los problemas de salud pública que giran en torno a la comida, los problemas de equidad o los problemas de accesibilidad. Todavía estamos hablando de tierra y agricultura, y ya estamos hablando de los determinantes de cómo se ve nuestro país en este momento ”.

Entonces, incluso en ese período anterior de la historia estadounidense, el hecho de que la tierra estuviera controlada principalmente por hombres blancos creó esta segregación natural de alimentos. Y había diferentes formas en que se distribuían los alimentos o se comercializaban. ¿Puedes usar eso como un trampolín para hablar sobre algunas de estas desigualdades?

“La agricultura se transformó de una actividad en la que la gente cultivaba alimentos para sí mismos, sus vecinos, sus regiones, a una actividad en la que la gente cultivaba alimentos para enviarlos y venderlos en otros lugares. Y eso comenzó a suceder desde el principio. La construcción del Canal Erie y los primeros ferrocarriles, y todo eso, lo hizo posible.

Empieza a ver que las tierras agrícolas pasan de cultivar una variedad de cultivos a ... cultivos básicos. Y los cultivos básicos son lo que ha sido alentado, apoyado e incluso subvencionado por el gobierno federal desde antes de la Primera Guerra Mundial, pero especialmente a partir de la Primera Guerra Mundial. Y esos cultivos básicos no son realmente alimento para las personas, son alimentos para la industria.

Entonces, el ejemplo extremo es el cultivo de maíz para obtener etanol. Ejemplos menos extremos, pero aún atroces, son el cultivo de alimentos, el cultivo de maíz para alimentar a los animales, que luego se crían industrialmente. O peor aún, en mi opinión, cultivar alimentos para convertirlos en alimentos hiperprocesados, que apenas califican como alimento y cuáles. está envenenando o enfermando a un gran porcentaje de nuestra población en la actualidad. Y, por supuesto, el porcentaje de población que es más susceptible a enfermarse por la comercialización de comida chatarra son las personas con menos dinero ”.

¿Puede hablarnos de la enorme producción y venta de azúcar procesada y de cómo el impulso de la dieta baja en grasas ha producido enormes problemas de salud?

“El siglo XX acaba de ver la conversión de alimentos en productos alimenticios en gran medida. Muchos de los productos que consideramos alimentos fueron inventados en el siglo XX. No estoy hablando solo de Twinkies, sino de cenas congeladas y sopas enlatadas y una serie de otras cosas, hasta el punto de que, según algunas estimaciones, el 60% de nuestras calorías ahora se encuentran en forma de alimentos ultraprocesados. Por comida ultraprocesada, me refiero a la comida que no podrías preparar tú mismo. Alimentos elaborados con ingredientes que no se encuentran en la cocina de nadie. Alimentos que nuestras abuelas no reconocerían.

Así que el azúcar es una gran parte de eso seguro. Y el azúcar es probablemente el mayor culpable de causar enfermedades crónicas relacionadas con la dieta, que es la mayor causa de muerte en nuestro país y ... mucho más grande que el COVID. Pero los carbohidratos altamente procesados ​​de todo tipo son malos para nosotros. Y cada año, hay más y más productos alimenticios, sustancias similares a los alimentos, como quieras llamarlos, objetos similares a los alimentos no identificables ... y cada año, nuestras tasas de diabetes aumentan, nuestras tasas de cáncer aumentan, nuestra dieta las enfermedades aumentan.

… COVID mató a alrededor de 300,000 estadounidenses en 2020. Lo reconocemos como una crisis. Nos ocupamos de ello, dados los límites de la administración, lo mejor que pudimos ... pero entre 1,5 y 1,7 millones de estadounidenses mueren de enfermedades crónicas relacionadas con la dieta. Este es el número de los Institutos Nacionales de Salud. Y no llamamos a eso una crisis. Por alguna razón, estamos dispuestos a vivir con eso. Y si puedo tener algún impacto en ese número, en la forma en que pensamos en ese número y decimos, tenemos una crisis dietética aquí cuya base está realmente en la agricultura, porque solo podemos comer lo que producimos. Y nosotros, las personas, no tenemos control sobre lo que se produce, procesa y vende. Tenemos muy poco control sobre nuestras dietas. Eso es lo que tiene que cambiar. Y eso es muy importante. Eso no es como "Compre en su mercado de agricultores", aunque es una buena idea. Es como si necesitamos un cambio fundamental en la forma en que pensamos sobre la comida ".

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Discusión

La TLC como medida absoluta relacionada con el volumen respiratorio se puede utilizar para abordar el problema de las demandas respiratorias y energéticas en los humanos modernos 44,45 y, potencialmente, también en los homínidos fósiles 9,35.

Sin embargo, aunque los valores de TLC se obtienen a través de una técnica sencilla en sujetos hospitalarios (como en el estudio 44 de Bellemare), es más desafiante cuando nos ocupamos del registro fósil. Esto se debe a que solo podemos inferir TLC a partir de variables medidas en elementos individuales de la caja torácica, como las costillas y las vértebras. En este sentido, nuestros resultados son pioneros en demostrar que el tamaño de las costillas individuales (evaluado a través de TVA_sml, TVC y CS) puede correlacionarse con TLC. También especificamos que, aunque nuestra medición 3D (CS) está más correlacionada con TLC que la medición tradicional TVC para las costillas 3-10, el arco tubérculo-ventral (TVA_sml) es aún más informativo sobre TLC. Esto posiblemente se deba al hecho de que TVA captura información sobre el ancho mediolateral y la circunferencia pulmonar, mientras que TVC solo captura el tamaño anteroposterior, que debe influir también en el CS. Además, especificamos que el tamaño de las costillas centrales-inferiores está más correlacionado con la TLC que el tamaño de las costillas superiores (Fig. 1). Esto concuerda con investigaciones recientes que muestran que el menor tamaño del tórax está más correlacionado con el tamaño funcional, entendido como el aumento de tamaño desde la espiración máxima hasta la inspiración máxima 42.

Nuestros resultados para los neandertales muestran que TLC presenta valores absolutos que son mayores que en sus correspondientes homólogos humanos (Tabla 3). Kebara 2, un neandertal macho de Israel, muestra un valor medio de 9,04 l de TLC, que es estadísticamente mayor que nuestra muestra humana masculina (media = 7,20 l) y la de Bellemare et al. 44 (media = 6,27 l). Nuestras estimaciones para Tabun 1, una mujer neandertal de Israel, arrojaron un valor medio de 5,85 l, que es estadísticamente mayor que nuestra muestra femenina (media = 4,85 l) y la media de Bellemare et al. 44 (media = 4,81 l). Cabe señalar que el TLC masculino de Kebara 2 fue 54% mayor que el valor de la hembra Tabun 1. El hecho de que este porcentaje sea ligeramente mayor en los neandertales que en nuestra muestra humana moderna (alrededor del 48%, ver arriba) podría ser el resultado de las diferencias en la composición corporal, porque Kebara presenta una masa magra más grande en comparación con Tabun 1 que nuestros humanos masculinos modernos en comparación con nuestras mujeres modernas (Tabla 3). La costilla El Sidrón SD-1450 también proporciona información sobre el TLC neandertal, y dado que es estadísticamente más grande que nuestra muestra masculina, es probable que hubiera pertenecido a un individuo masculino.

Es importante señalar que, si hubiéramos intentado estimar los valores de TLC de estos especímenes fósiles utilizando otras variables (como la estatura) de ecuaciones humanas estándar, el TLC de Tabun 1 se habría estimado en 4,67 l, 4,50 ly 4,91 l utilizando el método fórmulas de Crappo et al. 46, Roca et al. 47 y Quanjer et al. 48, respectivamente. Si hubiéramos utilizado ecuaciones humanas estándar para estimar el valor de TLC de Kebara 2, habríamos obtenido valores de 6,18 l, 6,20 ly 6,36 l utilizando las fórmulas de Quanjer et al. 48, Cordero et al. 49 y Neder et al. 50, respectivamente. Por lo tanto, tanto Kebara 2 como Tabun 1 presentan valores mucho mayores de TLC usando nuestras ecuaciones que cuando se usan ecuaciones estándar humanas. Debido a que se utilizan ecuaciones diferentes según el sexo, no calculamos este valor para los homínidos de El Sidrón Neanderthal y ATD6, ya que no se conocía su sexo.

Evidencia reciente sugiere que la gran TLC observada en los neandertales en comparación con los humanos modernos fue el resultado de grandes costillas en el tórax central-inferior junto con una orientación más dorsal de los procesos transversales en los neandertales en comparación con los humanos modernos, lo que provocó una expansión mediolateral de la caja torácica 18 , 20. Esta morfología de la caja torácica (Fig. 3), combinada con nuestros resultados de TLC para neandertales, es consistente con una gran ingesta de oxígeno para mantener su DEE alta esperada propuesta por autores anteriores 9,35,51. Esa DEE grande debe ser causada por sus cerebros grandes (Fig.3, Tabla 3) y gran masa corporal magra (Tabla 3), pero explicaciones alternativas como la posibilidad de que los neandertales tuvieran grandes intestinos (hígado y sistemas urinarios) necesarios para procesar grandes cantidades de carne, también podrían estar relacionadas con una DEE 52 alta.

a La forma del tórax y los pulmones en la vista frontal en humanos modernos y neandertales y sus cerebros asociados en la vista lateral. El tórax y el cráneo de los neandertales pertenecen a los neandertales Kebara 25 y Guattari, respectivamente. El tórax y el cráneo humanos modernos pertenecen a un promedio de cuatro humanos modernos 82 y OI-2053, respectivamente. B Superposición en la vista frontal del neandertal y la caja torácica humana moderna. C Superposición en la vista caudal de la caja torácica humana moderna y neandertal

Aunque hay acuerdo sobre el gran tamaño de la caja torácica de los neandertales 14,15,16,17,18,19,20, no está tan claro si sus cajas torácicas eran más grandes para su masa corporal o su estatura 35. Por ejemplo, las estimaciones del área respiratoria de Shanidar 3 Neanderthal de la costilla 8 sugieren que era proporcional a su masa corporal, pero que el área respiratoria de la Kebara 2 costilla 8 era relativamente mayor para su masa corporal 35. En este sentido, nuestros resultados podrían sugerir que tanto Kebara 2 como Tabun 1 presentaban una relación TLC / M mayor que nuestras muestras de referencia humanas modernas, lo que respalda el trabajo de Churchill 35. En cuanto a si los neandertales presentan mayor TLC para su estatura en comparación con los humanos modernos, nuestros resultados apoyan esta afirmación, ya que los valores de TLC / S de los individuos de Kebara 2 y Tabun 1 eran (en promedio) más grandes que sus correspondientes muestras humanas modernas. El hecho de que ambos neandertales presentaran valores de TLC / M y TLC / S más grandes en comparación con nuestra muestra humana moderna debe estar relacionado con su DEE grande.

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 . Therefore, 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 o 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 Ciencias, 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).

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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 (GRAMO. berengei beringei GRAMO. berengei graueri GRAMO. gorilla gorilla), and Pan (PAG. troglodytes schweinfurthii PAG. troglodytes ellioti PAG. 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 y D y 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, PAG = 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 A y 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 y 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 PAG values of 100 randomly shuffled group assignments (reference SI Appendix, section S5.7 for more details). Reference sequences of abpA y 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 (norte = 94) and gene families converted to KEGG orthologs (norte = 109) using PCA (SI Appendix, Fig. S13). Orthologs with the strongest loadings were visualized with biplots (SI Appendix, Fig. S13 AC), and the species from which these orthologs were derived were determined (SI Appendix, Fig. S13 BD). The clustering of host genera in PCAs using only orthologs in specific pathways (carbohydrates, amino acids, lipids) was also explored (SI Appendix, Fig. S10 AC). 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 (norte = 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 miGRAMO), 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 DF). For details, reference SI Appendix, section S7.2.3.