I detektivserier og film, hvor kriminologer spiller hovedrollen i at drive plottet, kan man ofte se, hvordan den person, der efterlod disse spor, med succes blev identificeret ved en cigaretskod eller ved at tyggegummi klæbet til bordet. I det virkelige liv kan du også lære meget om ham fra tyggegummi, der har været i en persons mund. I dag skal vi se på en undersøgelse, hvor forskere fra Københavns Universitet opdagede "tyggegummi" under udgravninger, som er cirka 5700 år gammelt. Hvilken information om mennesker kunne forskerne få ud af deres fund, hvem ellers kunne gammelt tyggegummi fortælle om, og hvordan kunne denne forskning påvirke kampen mod forskellige sygdomme i fremtiden? Svar på disse spørgsmål venter os i forskernes rapport. Gå.
Forskningsgrundlag
Hovedpersonen i denne undersøgelse er birkeharpiks eller birketjære. Dette brunsorte stof opnås ved at koge det øverste lag af birkebark (birkebark) i en lukket beholder. Under sådanne forhold sker opvarmning uden adgang til ilt, dvs. tør destillation. Under opvarmningsprocessen omdannes birkebark til tjære.
I oldtiden blev denne proces udført i lerbeholdere over en ild. I disse dage blev tjære normalt brugt til at forarbejde stenprodukter som en universel lim. De første arkæologiske fund af tjære brugt af mennesker går tilbage til den palæolitiske periode.
Det er logisk, at tjære blev brugt i "industrien", så at sige. Arkæologer har dog fundet spor af tænder på mange stykker birkeharpiks. Hvorfor tyggede vores forfædre tjære? Der er flere teorier til at forklare dette. For det første hærder tjære hurtigt, når den afkøles, så at tygge den kan skyldes ønsket om at varme den op og gøre den blødere til arbejdet. Der er en teori, der siger, at tjære blev tygget for at reducere smerter forårsaget af sygdomme i mundhulen, da tjære betragtes som et antiseptisk middel, omend en meget svag. Nogle forskere mener også, at dette var begyndelsen til tandhygiejne, og tjæren fungerede som en gammel tandbørste. Og den sjoveste teori, men derfor ikke meningsløs, er nydelse. Oldtidens mennesker kunne bare sådan tygge harpiksen, dvs. uden nogen god grund.
Fremstilling af birkeharpiks i praksis.
Der er mange spekulationer om emnet at tygge harpiks af gamle mennesker, men ingen har lavet meget forskning, der giver konkrete resultater. Derfor besluttede forskere fra Københavns Universitet at analysere et stykke tygget harpiks fundet under udgravninger i det sydlige Danmark (1a). En undersøgelse af prøven viste, at den ikke kun indeholdt menneskeligt DNA, men også mikrobielt DNA, som kunne fortælle mere om det orale mikrobiom. Der blev også fundet DNA fra planter, der tilsyneladende blev indtaget af oldtidens mennesker, før de tyggede harpiksen.
DNA'et er så velbevaret, at forskerne er glade for, at de var i stand til at isolere det komplette menneskelige genom. Denne tilsyneladende ubetydelige kendsgerning er faktisk et gennembrud inden for arkæologi og genetik. Faktum er, at det komplette genom af en gammel person tidligere kunne opnås udelukkende fra hans rester (normalt knogler).
Forskningsresultater
Efter at have modtaget de "materielle beviser", begyndte arkæologer en trinvis analyse af det for at få den mest fuldstændige information om vores "mistænkte", der tyggede birkeharpiks.
Billede #1
Radiocarbon-datering, som udføres ved at variere mængden af radioaktiv isotop 14C i en prøve i forhold til stabile isotoper af kulstof, fandt, at gummien var mellem 5858 og 5661 år gammel (1b). Dette tyder på, at prøven går tilbage til den tidlige neolitiske periode. Denne periode kaldes også "den nye stenalder", da stenprodukter blev mere komplekse, og teknologien til slibning og boring af huller dukkede op.
Kemisk analyse ved hjælp af Fourier transform infrarød spektroskopi (FTIR) producerede et spektrum meget lig moderne birketjære. GC/MS (gaskromatografi/massespektrometri) afslørede tilstedeværelsen af triterpener betulin og lupeol, hvilket er ret almindeligt i prøver taget fra birk (1c). Yderligere bekræftelse af, at prøven var birk, var sporene af dicarboxylsyrer og mættede fedtsyrer identificeret af samme GC/MS.
Forskere har således fundet ud af, at prøven er birkeharpiks i alderen fra 5858 til 5661 år (tidlig neolitikum).
Næste trin var DNA-sekventering, som genererede cirka 360 millioner baseparrede DNA-sekvenser, hvoraf næsten en tredjedel kunne matches unikt med det humane referencegenom (hg19).
De baseparrede sekvenser af humant DNA viste alle de egenskaber, der var iboende i oldtidens mennesker: ret korte gennemsnitlige længder af fragmenter, hyppig tilstedeværelse puriner* til suturruptur og øget hyppighed af synlige udskiftninger cytosin* (C) på thymin* (T) ved 5′ enderne af DNA-fragmenter.
Purin* (C5N4H4) er den enkleste repræsentant for imidazo[4,5-d]pyrimidiner.
Cytosin* (C4H5N3O) er en organisk forbindelse, en nitrogenholdig base, et pyrimidinderivat.
Timin* (C5H6N2O2) er et pyrimidinderivat, en af fem nitrogenholdige baser.
Det genererede også omkring 7.3 GB data vedrørende ikke-menneskelige sekvenser.
Prøven indeholdt ca. 30 % endogent humant DNA. Dette kan sammenlignes med gamle menneskers velbevarede tænder og knogler.
Baseret på forholdet mellem sekvenserne af parrede baser svarende til X- og Y-kromosomerne, var videnskabsmænd i stand til at bestemme kønnet på den gamle tyggegummielsker - kvinden.
For at forudsige farven på hår, øjne og hud blev der udledt genotyper for enogfyrre SNP*som er inkluderet i systemet .
SNP* (enkelt nukleotid polymorfi) - forskelle i DNA-sekvensen af et nukleotid i størrelse i genomet af repræsentanter for samme art eller mellem homologe regioner af homologe kromosomer.
Denne analyse viste, at kvinden var mørk i huden med mørkebrunt hår og blå øjne.
Billede #2
Forskerne fandt 593102 SNP'er i det undersøgte genom, som tidligere var blevet genotypet i en database med >1000 moderne mennesker og >100 tidligere offentliggjorte gamle genomer.
På billedet 2a resultaterne af hovedkomponentanalysen vises. Denne metode til reduktion af datadimensionalitet gjorde det muligt for os at fastslå, at den gamle kvinde, hvis genom bliver undersøgt, højst sandsynligt er en vestlig jæger-samler (W.H.G.). Sammenligning alleler* moderne mennesker og en gammel kvinde bekræftede sit medlemskab i en etableret gruppe (2b).
Alleler* - forskellige typer af det samme gen, beliggende i de samme regioner af homologe kromosomer. Alleler bestemmer udviklingsretningen for en bestemt egenskab.
Disse resultater bekræftes også af qpAdm-analyse. Denne analyse viser, at en simpel lineær model, som antager en 100% WHG-oprindelse for den gamle kvinde, ikke kan kasseres til fordel for en mere kompleks model (2 с).
For generelt at karakterisere den taksonomiske sammensætning af de ikke-menneskelige sekvenser i prøven, blev MetaPhlan2 brugt, et værktøj specifikt designet til taksonomisk profilering af korte sekvenser opnået haglgeværmetode*.
Haglgeværmetode* - en metode til sekventering af lange sektioner af DNA, når du opnår en tilfældig massiv prøve af klonede DNA-fragmenter, giver dig mulighed for at genoprette den oprindelige DNA-sekvens.
Billede #3
På "origami" 3a viser resultaterne af en hovedkomponentanalyse, der sammenligner den mikrobielle sammensætning af undersøgelsesprøven og 689 mikrobiomprofiler fra Human Microbiome Project (HMP). Der var klyngedannelse mellem prøvedataene og HMP-dataene, hvilket betyder, at de var meget ens. Dette ses også på 3b, som viser den mikrobielle sammensætning af harpiksen i sammenligning med den samme fra to jordprøver (samlingen blev lavet samme sted) og i sammenligning med den mikrobielle sammensætning af moderne mennesker.
En mere detaljeret analyse af den mikrobielle sammensætning viste tilstedeværelsen af bakterier Neisseria subflava и Rothia mucilaginosaog Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia и Treponema dentcola. Desuden blev spor af Epstein-Barr virus påvist.
Flere arter af streptokokker, der tilhører gruppen MitisHerunder Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Tabel 1: Liste over alle ikke-humane taxa fundet i birketjæreprøven.
Et konsensusgenom blev rekonstrueret ud fra baseparrede sekvenser S. pneumoniae og estimering af antallet af heterozygote steder. Resultaterne viste tilstedeværelsen af flere stammer (billede #4).
Billede #4
At vurdere virulensen af stammer S. pneumoniaeekstraheret fra gammel harpiks, matchede forskere contigs (et sæt af overlappende DNA-segmenter) med en komplet database med virulensfaktorer, hvilket gjorde det muligt for dem at identificere kendte gener virulens* S. pneumoniae.
Virulens* — graden af stammens evne til at inficere den organisme, der undersøges.
Seksogtyve virulensfaktorer af S. pneumoniae blev identificeret i den gamle prøve, herunder kapselpolysaccharider (CPS), streptokok-enolase (Eno) og pneumokokoverfladeantigen A (PsaA).
Analyse af den gamle harpiksprøve afslørede også tilstedeværelsen af spor af to plantearter: birk (Betula pendula) og hasselnød (Corylus avellana). Derudover blev omkring 50000 sekvenser opdaget, der var relateret til gråænden (Anas platyrhynchos, en andeart).
For et mere detaljeret bekendtskab med nuancerne i undersøgelsen, anbefaler jeg at se på и til ham.
Epilog
Denne undersøgelse kan med rette kaldes unik i betragtning af mængden af indhentet information. Tidligere kunne en gammel persons komplette genom udelukkende genoprettes fra hans rester (knogler og tænder), men i dette arbejde var videnskabsmænd i stand til at opnå det fra tygget birkeharpiks.
De fandt ud af, at det gamle tyggegummi, 5700 år gammelt, blev tygget af en kvinde med mørk hud, mørkebrunt hår og blå øjne. Denne beskrivelse af udseende bekræfter endnu en gang, at lysere hudpigmentering blandt indbyggerne i den vestlige del af Eurasien begyndte at dukke op senere. Derudover er sådanne ydre egenskaber sammenlignelige med repræsentanter for vestlige jæger-samlere, som formodentlig omfattede kvinden, hvis genom blev opnået fra prøven.
Fordelen ved at studere tygget harpiks er, at det giver information om den mikrobielle sammensætning af mundhulen hos en gammel person. Denne analyse viste tilstedeværelsen af flere typer bakterier (Neisseria subflava, Rothia mucilaginosa, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia и Treponema dentcola). Derudover blev der fundet spor af Epstein-Barr-virussen, hvilket ikke er overraskende i betragtning af den høje udbredelse af denne virus blandt moderne mennesker (90-95% af den voksne befolkning er dens bærere).
Der blev også fundet flere arter af streptokokker fra gruppen MitisHerunder Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Hvad angår den gamle kvindes gastronomiske præferencer, fandt vurderingen af ikke-menneskelige DNA-sekvenser, som heller ikke var relateret til virus eller bakterier, spor af birk, hasselnødder og gråænder. Det kan antages, at disse planter og dyr var grundlaget for føde for de gamle mennesker i den periode. Der er dog en god chance for, at disse planters og dyrs DNA kom ind i harpiksen, fordi den gamle kvinde indtog dem kort før hun tyggede harpiksen. Det kan med andre ord være en isoleret hændelse.
Hvorfor er harpiks en fremragende kilde til gammelt menneskeligt DNA? Sagen er, at under tyggeprocessen bliver DNA "forseglet" med harpiks og opbevaret i det på grund af dets aseptiske og hydrofobe egenskaber.
I fremtiden planlægger forskere at analysere andre fundne prøver, som vil hjælpe med at forstå livet for gamle mennesker yderligere. Derudover giver den mikrobielle sammensætning af gamle prøver indsigt i udviklingen af orale mikrober og nogle patogener.
Uanset hvad er det en utrolig præstation at hente så meget information om en mand fra et stykke tygget harpiks, som han spyttede ud for 5700 år siden. For nogle er information fra fortiden, især en så fjern, ikke vigtig. Men faktisk, jo mere vi ved om vores forfædre, jo mere forstår vi vores sande jeg.
Fredag off-top:
En video om, hvordan tyggegummi produceres i den moderne verden.
Off-top 2.0:
Lidt nostalgi :)
Tak fordi du så med, bliv nysgerrig og hav en god weekend alle sammen! 🙂
Nogle annoncer 🙂
Tak fordi du blev hos os. Kan du lide vores artikler? Vil du se mere interessant indhold? Støt os ved at afgive en ordre eller anbefale til venner, , en unik analog af entry-level servere, som blev opfundet af os til dig: (tilgængelig med RAID1 og RAID10, op til 24 kerner og op til 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 gange billigere i Equinix Tier IV datacenter i Amsterdam? Kun her i Holland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fra $99! Læse om
Kilde: www.habr.com