Assessing human history by investigating phylogeography of Plasmodium parasites

Bc. Petr Tříska

Master's thesis

Abstract:

Prenos ľudských plazmódií do Nového sveta predstavuje nevyriešenú otázku. Plasmodium falciparum ako aj Plasmodium vivax vznikli v Starom svete, no oba druhy sú v súčasnosti prítomné v Strednej a Južnej Amerike. Keďže prenos cez Beringovu úžinu je vylúčený s ohľadom na klimatické podmienky, prenos malárie je podmienený priamym kontaktom medzi domorodými Američanmi a nejakou dalšou ľudskou populáciou z oblasti s výskytom malárie. V tejto práci som sa pokúsil vyhodnotiť tri navrhované scenáre prenosu malárie do Ameriky. Vykonal som koalescenčné analýzy, aby som mohol odhadnúť vek populácií plazmódií na jednotlivých kontinentoch. Získané časy koalescencie som porovnal s dostupným historickým a archeologickým materiálom. Navrhované scenáre sú (i) po-Kolumbovská introdukcia malárie do Nového sveta z Afriky, (ii) pred-Kolumbovský prenos malárie z Polynézie a (iii) prenos malárie z neznámeho zdroja na konci Pleistocénu (pred 15 tis. rokmi). Dáta prezentované v tejto práci naznačujú, že P. falciparum aj P. vivax boli do Ameriky zavlečené opakovane. Výsledky koalescenčnej analýzy ukazujú, že P. falciparum aj P. vivax sú prítomné v Amerike viac ako 600 rokov. Ďalej, dáta nepodporujú hypotézu, že americká populácia P. vivax pochádza z africkej. Namiesto toho sú ázijské haplotypy navrhnuté ako ancestrálne k americkým.

Abstract:

Transmission of human Plasmodium parasites to New World constitutes unresolved riddle. Plasmodium falciparum and Plasmodium vivax originated in Old World but both species are now prevalent in Americas. Since transmission through Bering strait is not possible due to climatic conditions, transmission of malaria required direct contact between Ameridians and some other human population from malaria endemic region. In this thesis I attempted to asses three suggested scenarios of malaria introduction to Americas. I performed coalescent analysis to estimate age of populations of Plasmodia on separate continents under given scenario. Obtained coalescence times were confronted with available historical and archaeological evidence. Suggested scenarios were (i)post-Columbian introduction of malaria from Africa, (ii) pre-Columbian transmission from Polynesia and (iii) late Pleistocene (15 kya) transmission from unknown source. Data presented in this thesis suggests multiple colonization events for both P. falciparum and P. vivax. Results of coalescent analysis indicate that both P. falciparum and P. vivax are endemic in Americas for more than 600 years. Additionally, data do not support hypothesis, that American population of P. vivax emerged from African population. Rather, Asian haplotypes are suggested as ancestral.

Keywords

phylogeography, plasmodium falciparum, plasmodium vivax, coalescence, colonization

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 13. 6. 2011
• Supervisor: Mgr. Natália Martínková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Systematic Biology and Ecology