В детективските сериали и филми, където криминалистите играят главна роля в сюжета, често може да се срещне как по угарка от цигара или по дъвка, залепена за масата, успешно се идентифицира човекът, оставил тези следи. В реалния живот обаче, от дъвка, била в устата на човек, също може да се узнае много за него. Днес ще разгледаме изследване, в което учени от Копенхагенския университет открили по време на разкопки "дъвка", на възраст около 5700 години. Каква информация за човека успели да получат учените от своята находка, за кого още разказала древната дъвка и как това изследване може да повлияе на борбата с различни заболявания в бъдеще? Отговорите на тези въпроси ни очакват в доклада на учените. Да започваме.
Основата на изследването
Главният герой на това изследване е брезовата смола или брезовият катран. Тази кафеникаво-черна субстанция се получава чрез варене на горния слой на кората на брезата (берестата) в затворен контейнер. При такива условия протича нагряване без достъп до кислород, т.е. суха дестилация. Процесът на нагряване преобразува берестата в катран.
В древността този процес се извършвал в глинени съдове на огън. Катранът е бил използван в тези времена обикновено за обработка на каменни изделия като универсален лепило. Първите археологически находки на катран, използван от човека, датират от периода на палеолита.
Логично е, че дегть е използван в "индустрията", така да се каже. Въпреки това, археолозите са открили следи от зъби на много парченца брезов смола. Защо нашите предци са дъвчели дегть? Съществуват няколко теории, които обясняват това. Първо, дегть бързо втвърдява при охлаждане, затова дъвченето му може да е свързано с желанието да се загрее и да стане по-мек за работа. Има теория, която твърди, че дегть е дъвчен за намаляване на болките, причинени от заболявания на устната кухина, тъй като дегть се счита за антисептик, макар и много слаб. Някои изследователи също смятат, че това е било начало на зъбната хигиена, а дегть е действал като древна зъбна четка. И най-забавната теория, но не и без смисъл, е, че това е било удоволствие. Древните хора просто са можели да дъвчат смолата, т.е. без осезаеми причини.
Производство на брезова смола на практика.
Има много спекулации относно дъвченето на смола от древни хора, но никой не е провел изследвания, които дават конкретни резултати. Поради това учените от Копенхагенския университет решиха да анализират парче дъвчена смола, открито по време на разкопки на юг от Дания (1а). Изследването на пробата показа, че в нея се съдържа не само човешка ДНК, но и микробна ДНК, която може да разкаже повече за микробиома на устната кухина. бяха открити и ДНК на растения, които очевидно са били консумирани от древния човек преди дъвченето на смола.
ДНК толкова добре са се запазили, че учените се радват на факта, че успяха да изолират целия геном на човека. Тази на пръв поглед незначителна информация всъщност представлява пробив в археологията и генетиката. Факт е, че целият геном на древния човек е могъл да бъде получен преди единствено от останките му (обикновено кости).
Резултати от изследването
Получавайки "веществено доказателство", археолозите започнаха поетапния му анализ, за да получат максимално пълна информация за нашия "подозрителен", който е дъвчел брезова смола.
Изображение №1
Радиационно датуване, което се извършва на базата на промяна в съдържанието на радиоактивния изотоп 14C спрямо стабилните изотопи на въглерода, показа, че възрастта на дъвченето е от 5858 до 5661 години (1b). Това говори за факта, че пробата принадлежи на периода на ранния неолит. Този период също се нарича „новокаменна епоха“, тъй като изделията от камък станали по-сложни, появила се е технологията на полиране и пробиване на отверстия.
Химическият анализ с помощта на инфрачервена спектроскопия с Фуриева трансформация (FTIR) даде спектър, много подобен на съвременна брезова смола. ГХ/МС (газова хроматография/масс-спектрометрия) разкри присъствието на тритерпени бетулин и лупеол, което е напълно обичайно за проби, взети от бреза (1c). Допълнително потвърждение, че пробата е брезова, стана откритото от същата ГХ/МС присъствие на дикарбонови киселини и наситени мастни киселини.
Така учените установили, че пробата е брезова смола на възраст от 5858 до 5661 години (ранен неолит).
На следващия етап е било извършено секвениране на ДНК, през което са били генерирани около 360 милиона последователности на парни основи ДНК, почти една трета от които могат да бъдат недвусмислено съпоставени с референтния геном на човека (hg19).
Последователности на парни основи на ДНК на човека показали всички признаци, присъщи за ДНК на древни хора: достатъчно кратки средни дължини на фрагментите, често присъствие пурини* преди разкъсването на нишките и увеличена честота на видими замени цитозин* (С) на тимин* (Т) на 5′-края на фрагментите ДНК.
Пурин* (C5N4H4) — най-простият представител на имидазо[4,5-d]пиримидините.
Цитозин* (C4H5N3O) — органично съединение, азотисто основание, производно на пиримидина.
Тимин* (C5H6N2O2) — производно на пиримидина, едно от петте азотисти основи.
Също така са били генерирани около 7.3 Гб данни относно последователности, които не принадлежат на човека.
В пробата е имало приблизително 30% ендогенна ДНК на човека. Това е сравнимо с добре запазени зъби и кости на древни хора.
Изхождайки от съотношението между последователностите на парни основи, съответстващи на хромозомите X и Y, учените успели да определят пола на древния любител на дъвката — женски.
За да предскажем цвета на косата, очите и кожата, били извлечени генотипите за четиридесет и един ОНП*, които са включени в системата .
ОНП* (единичен нуклеотиден полиморфизъм) — различия в последователността на ДНК, с размер от един нуклеотид в генома на представители на един вид или между хомоложни участъци на хомоложни хромозоми.
Този анализ показа, че жената е била тъмнокожа с тъмнокафяви коси и сини очи.
Изображение №2
Учени открили 593102 ОНП в изследвания геном, които преди това са били генотипирани в база данни от >1000 съвременни хора и >100 публикувани древни генома.
На изображението 2а са показани резултатите от метода на основните компоненти. Този метод за намаляване на размерността на данните позволи да се установи, че древната жена, чието геном се изследва, вероятно принадлежи на западни ловци-събирачи (WHG). Сравнението аллели* на съвременни хора и древната жена потвърдиха нейната принадлежност към определената група (2b).
Алели* — различни форми на един и същ ген, разположени на идентични участъци на хомоложни хромозоми. Алелите определят посоката на развитие на определен признак.
Тези резултати се потвърждават и от анализа qpAdm. Този анализ показва, че не може да се отхвърли проста линейна модел, предполагаща 100% произход на древната жена от групата WHG, в полза на по-сложен модел (2с).
За да се охарактеризира накратко таксономичният състав на нечовешките последователности в пробата, беше използван MetaPhlan2 — инструмент, специално разработен за таксономично профилиране на кратки последователности, получени методом шотгън*.
Методът шотгън* — метод за секвениране на дълги участъци от ДНК, когато получаването на случайна масирана извадка от клонирани фрагменти на ДНК позволява да се възстанови оригиналната последователност на ДНК.
Изображение №3
На «оригами» 3а са показани резултатите от метода на основните компоненти, в който е проведено сравнение на микробния състав на изследваната проба и 689 профила на микробиомите от проекта „Микробиом на човека“ (HMP). Между данните от пробата и HMP данните беше установена клъстеризация, т.е. те бяха в значителна степен сходни. Това е видно и на 3b, където е показан микробния състав на смолата в сравнение с аналогичния от два образца почва (взети от едно и също място) и в сравнение с микробния състав на съвременния човек.
По-подробен анализ на микробния състав показа наличието на бактерии Neisseria subflava и Rothia mucilaginosa, а също така Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia и Treponema denticola. Освен това бяха установени следи от вируса на Epstein-Barr.
Също така бяха идентифицирани няколко вида стрептококи, принадлежащи към групата Mitis, включително Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Таблица №1: списък на всички не-човешки таксони, открити в образеца от брезова смола.
Беше извършена реконструкция на консенсусния геном от последователности на двойни основи S. pneumoniae и оценка на броя на хетерозиготните участъци. Резултатите показаха наличието на няколко щама (изображение №4).
Изображение №4
За да оценят вирулентността на щамовете S. pneumoniae, извлечени от древната смола, учените съпоставиха континги (набор от припокриващи се сегменти на ДНК) с пълната база данни на факторите за вирулентност, което позволява идентифицирането на известни гени вирулентност* S.pneumoniae.
Вирулентност* — степен на способността на щама да заразява изследвания организъм.
Бяха идентифицирани 26 фактора на вирулентност на S. pneumoniae в древния образец, включително капсулни полизахариди (CPS), стрептококова енолаза (Eno) и пневмококов повърхностен антиген A (PsaA).
Анализът на образеца от древна смола също показа наличието на следи от два вида растения: бреза (Betula pendula) и лешник (Corylus avellana). Освен това бяха открити около 50000 последователности, които принадлежат на дива патица (Anas platyrhynchos, вид патки).
За по-подробно запознаване с нюансите на изследването, препоръчвам да се запознаете с и към него.
Епилог
Това изследване може с право да се нарече уникално, предвид обема на получената информация. По-рано беше възможно да се реконструира целия геном на древен човек единствено от неговите останки (кости и зъби), но в настоящата работа учените успяха да го получат от дъвчена брезова смола.
Установено е, че древна дъвка на възраст 5700 години е дъвчена от жена с тъмна кожа, тъмнокафяви коси и сини очи. Такова описание на външността отново потвърджава, че по-светлата пигментация на кожата сред жителите на западната част на Евразия е започнала да се проявява по-късно. Освен това, подобни външни характеристики са сравними с тези на представителите на западните ловци-събирачи, към които, вероятно, е принадлежала жената, чиито геном е получен от образеца.
Предимството на изучаването на дъвчената смола е, че тя позволява да се получи информация за микробния състав на устната кухина на древния човек. Този анализ показа наличието на няколко вида бактерии (Neisseria subflava, Rothia mucilaginosa, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia и Treponema denticola). Освен това бяха открити следи от вируса Епщайн-Бар, което не е изненадващо, като се има предвид високата степен на разпространение на този вирус сред съвременните хора (90-95% от възрастното население са носители на вируса).
Също така бяха намерени няколко вида стрептококи от групата Mitis, включително Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Що се отнася до гастрономическите предпочитания на древната жена, според оценката на не-човешките ДНК последователности, които също не са били свързани с вируси или бактерии, бяха намерени следи от бреза, лешници и патици от вида потъкачка. Може да се предположи, че именно тези растения и животни са били основата на храната на древните хора от този период. Въпреки това, има голяма вероятност, че ДНК на тези растения и животни е попаднала в смолата, тъй като древната жена ги е консумирала непосредствено преди дъвченето на смолата. С други думи, това може да е бил единствен случай.
Защо смолата е отличен източник на ДНК на древния човек? Всичко е в това, че по време на дъвчене ДНК се "запечатва" в смолата и се запазва в нея, благодарение на асептичните и хидрофобните свойства.
В бъдеще учените планират да извършат анализ на други намерени образци, което ще помогне да се разбере още по-добре живота на древните хора. Освен това, микробният състав на древните образци позволява да се разбере еволюцията на специфични за устната кухина микроорганизми и някои патогенни микроорганизми.
Каквото и да става, да се съберат толкова много информации за човек от парче дъвка, което той е изплюл преди 5700 години, е невероятно постижение. За някои информацията от миналото, особено толкова далечното, не е важна. Въпреки това, колкото повече знаем за предците си, толкова повече разбираме себе си в настоящето.
Петъчен офф-топ:
Видеото за това как се произвежда дъвка в съвременния свят.
Оф-топ 2.0:
Няколко носталгични моменти 🙂
Благодаря за вниманието, оставайте любопитни и приятни почивни дни на всички, приятели! 🙂
Малко реклама 🙂
Благодарим ви, че оставате с нас. Харесвате ли нашите статии? Искате ли да виждате повече интересни материали? Подкрепете ни, като направите поръчка или препоръчате на познати, , уникален аналог на entry-level сървъри, който е създаден от нас за вас: (с налични опции за RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).
Dell R730xd на половин цена в дата центъра Equinix Tier IV в Амстердам? Всичко това само при нас в Нидерландия! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от 99 $! Чете се за това
Източник: habr.com
