In Kriminalserien und -filmen, in denen Kriminologen die Hauptrolle in der Handlung spielen, kann man häufig beobachten, wie die Person, die diese Spuren hinterlassen hat, anhand einer Zigarettenkippe oder eines am Tisch klebenden Kaugummis erfolgreich identifiziert werden konnte. Auch im wirklichen Leben kann man durch das Kauen von Kaugummis, die jemand im Mund hatte, viel über ihn erfahren. Heute schauen wir uns eine Studie an, in der Wissenschaftler der Universität Kopenhagen bei Ausgrabungen „Kaugummi“ entdeckten, der etwa 5700 Jahre alt ist. Welche Informationen über den Menschen könnten Wissenschaftler aus ihrem Fund gewinnen, über wen könnten antike Kaugummis sonst noch Auskunft geben und wie könnte sich diese Forschung in Zukunft auf den Kampf gegen verschiedene Krankheiten auswirken? Antworten auf diese Fragen erwarten uns im Bericht der Wissenschaftler. Gehen.
Forschungsgrundlage
Der Hauptcharakter dieser Studie ist Birkenharz bzw. Birkenteer. Diese bräunlich-schwarze Substanz wird durch Kochen der obersten Schicht der Birkenrinde (Birkenrinde) in einem geschlossenen Behälter gewonnen. Unter solchen Bedingungen erfolgt die Erwärmung ohne Zugang zu Sauerstoff, d.h. Trockendestillation. Beim Erhitzen wird Birkenrinde in Teer umgewandelt.
In der Antike wurde dieser Vorgang in Tonbehältern über einem Feuer durchgeführt. Damals wurde Teer üblicherweise als Universalkleber für die Verarbeitung von Steinprodukten verwendet. Die ersten archäologischen Funde von von Menschen genutztem Teer stammen aus der Altsteinzeit.
Es ist logisch, dass Teer sozusagen in der „Industrie“ verwendet wurde. Allerdings haben Archäologen auf vielen Birkenharzstücken Spuren von Zähnen gefunden. Warum haben unsere Vorfahren Teer gekaut? Es gibt mehrere Theorien, die dies erklären. Erstens härtet Teer beim Abkühlen schnell aus, daher könnte das Kauen auf den Wunsch zurückzuführen sein, ihn aufzuwärmen und für die Arbeit weicher zu machen. Es gibt eine Theorie, die besagt, dass Teer gekaut wurde, um Schmerzen zu lindern, die durch Erkrankungen der Mundhöhle verursacht wurden, da Teer als Antiseptikum gilt, wenn auch als sehr schwaches. Einige Forscher glauben auch, dass dies die Anfänge der Zahnhygiene waren und der Teer als alte Zahnbürste fungierte. Und die lustigste, aber deshalb nicht bedeutungslose Theorie ist das Vergnügen. Die alten Menschen konnten das Harz einfach so kauen, d.h. ohne triftigen Grund.
Birkenharz in der Praxis herstellen.
Es gibt viele Spekulationen über das Kauen von Harz durch alte Menschen, aber niemand hat viel Forschung betrieben, die zu konkreten Ergebnissen geführt hat. Daher beschlossen Wissenschaftler der Universität Kopenhagen, ein Stück gekautes Harz zu analysieren, das bei Ausgrabungen in Süddänemark gefunden wurde (1a). Eine Untersuchung der Probe zeigte, dass sie nicht nur menschliche DNA, sondern auch mikrobielle DNA enthielt, die mehr über das orale Mikrobiom verraten könnte. Es wurde auch DNA von Pflanzen gefunden, die offenbar vom alten Menschen verzehrt wurden, bevor er das Harz kaute.
Die DNA ist so gut erhalten, dass die Wissenschaftler froh sind, dass sie das vollständige menschliche Genom isolieren konnten. Diese scheinbar unbedeutende Tatsache ist tatsächlich ein Durchbruch in der Archäologie und Genetik. Tatsache ist, dass das vollständige Genom eines antiken Menschen bisher ausschließlich aus seinen Überresten (meist Knochen) gewonnen werden konnte.
Ergebnisse der Studie
Nachdem die Archäologen die „materiellen Beweise“ erhalten hatten, begannen sie mit einer schrittweisen Analyse, um möglichst vollständige Informationen über unseren „Verdächtigen“ zu erhalten, der Birkenharz kaute.
Bild #1
Bei der Radiokarbondatierung, bei der die Menge des radioaktiven Isotops 14C in einer Probe im Vergleich zu stabilen Kohlenstoffisotopen variiert wird, wurde festgestellt, dass der Gummi zwischen 5858 und 5661 Jahre alt ist (1b). Dies deutet darauf hin, dass die Probe aus der frühen Jungsteinzeit stammt. Diese Zeit wird auch „Jungsteinzeit“ genannt, da Steinprodukte immer komplexer wurden und die Technologie des Schleifens und Bohrens von Löchern aufkam.
Die chemische Analyse mittels Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) ergab ein Spektrum, das dem modernen Birkenteer sehr ähnlich ist. GC/MS (Gaschromatographie/Massenspektrometrie) ergab das Vorhandensein der Triterpene Betulin und Lupeol, was in Proben aus Birke recht häufig vorkommt (1c). Eine weitere Bestätigung dafür, dass es sich bei der Probe um Birke handelte, waren die Spuren von Dicarbonsäuren und gesättigten Fettsäuren, die mit demselben GC/MS identifiziert wurden.
So haben Wissenschaftler herausgefunden, dass es sich bei der Probe um Birkenharz handelt, das zwischen 5858 und 5661 Jahre alt ist (frühes Neolithikum).
Der nächste Schritt war die DNA-Sequenzierung, die etwa 360 Millionen Basenpaar-DNA-Sequenzen erzeugte, von denen fast ein Drittel eindeutig dem menschlichen Referenzgenom (hg19) zugeordnet werden konnte.
Die Basenpaarsequenzen der menschlichen DNA zeigten alle Merkmale, die der DNA der alten Menschen innewohnten: relativ kurze durchschnittliche Längen der Fragmente, häufiges Vorkommen Purine* zu Nahtrissen und einer erhöhten Häufigkeit sichtbarer Ersetzungen führen Cytosin* (C) auf Thymin* (T) an den 5′-Enden von DNA-Fragmenten.
Purin* (C5N4H4) ist der einfachste Vertreter der Imidazo[4,5-d]pyrimidine.
Cytosin* (C4H5N3O) ist eine organische Verbindung, eine stickstoffhaltige Base, ein Pyrimidinderivat.
Timin* (C5H6N2O2) ist ein Pyrimidinderivat, eine von fünf stickstoffhaltigen Basen.
Außerdem wurden etwa 7.3 GB Daten zu nichtmenschlichen Sequenzen generiert.
Die Probe enthielt etwa 30 % endogene menschliche DNA. Dies ist vergleichbar mit den gut erhaltenen Zähnen und Knochen der alten Menschen.
Basierend auf der Beziehung zwischen den Sequenzen gepaarter Basen, die den X- und Y-Chromosomen entsprechen, konnten Wissenschaftler das Geschlecht des alten Zahnfleischliebhabers bestimmen – weiblich.
Um die Farbe von Haar, Augen und Haut vorherzusagen, wurden für einundvierzig Genotypen abgeleitet SNP*die im System enthalten sind .
SNP* (Einzelnukleotidpolymorphismus) – Unterschiede in der DNA-Sequenz einer Nukleotidgröße im Genom von Vertretern derselben Art oder zwischen homologen Regionen homologer Chromosomen.
Diese Analyse ergab, dass die Frau dunkelhäutig war, dunkelbraunes Haar und blaue Augen hatte.
Bild #2
Die Wissenschaftler fanden im untersuchten Genom 593102 SNPs, die zuvor in einer Datenbank mit mehr als 1000 modernen Menschen und mehr als 100 zuvor veröffentlichten antiken Genomen genotypisiert worden waren.
Auf dem Bild 2a Die Ergebnisse der Hauptkomponentenanalyse werden angezeigt. Mithilfe dieser Methode zur Reduzierung der Datendimensionalität konnten wir feststellen, dass es sich bei der alten Frau, deren Genom untersucht wird, höchstwahrscheinlich um eine westliche Jägerin und Sammlerin handelt (W.H.G.). Vergleich Allele* moderne Menschen und eine alte Frau bestätigten ihre Zugehörigkeit zu einer etablierten Gruppe (2b).
Allele* - verschiedene Typen desselben Gens, die sich in denselben Regionen homologer Chromosomen befinden. Allele bestimmen die Entwicklungsrichtung eines bestimmten Merkmals.
Diese Ergebnisse werden auch durch die qpAdm-Analyse bestätigt. Diese Analyse zeigt, dass ein einfaches lineares Modell, das einen 100 %igen WHG-Ursprung für die alte Frau annimmt, nicht zugunsten eines komplexeren Modells verworfen werden kann (2с).
Um die taxonomische Zusammensetzung nichtmenschlicher Sequenzen in der Probe umfassend zu charakterisieren, wurde MetaPhlan2 verwendet, ein Tool, das speziell für die taxonomische Profilierung erhaltener kurzer Sequenzen entwickelt wurde Schrotflintenmethode*.
Schrotflintenmethode* - eine Methode zur Sequenzierung langer DNA-Abschnitte, bei der die Gewinnung einer zufälligen, großen Probe geklonter DNA-Fragmente die Wiederherstellung der ursprünglichen DNA-Sequenz ermöglicht.
Bild #3
Zum Thema „Origami“ 3a zeigt die Ergebnisse einer Hauptkomponentenanalyse, die die mikrobielle Zusammensetzung der Studienprobe mit 689 Mikrobiomprofilen aus dem Human Microbiome Project (HMP) vergleicht. Es gab eine Häufung zwischen den Probendaten und den HMP-Daten, was bedeutet, dass sie sehr ähnlich waren. Dies ist auch auf sichtbar 3b, das die mikrobielle Zusammensetzung des Harzes im Vergleich mit derselben aus zwei Bodenproben (die Entnahme erfolgte am selben Ort) und im Vergleich mit der mikrobiellen Zusammensetzung des modernen Menschen zeigt.
Eine detailliertere Analyse der mikrobiellen Zusammensetzung zeigte das Vorhandensein von Bakterien Neisseria subflava и Rothia mucilaginosa, und auch Porphyromonas gingivalis, Tannerella Forsythie и Treponema denticola. Außerdem wurden Spuren des Epstein-Barr-Virus nachgewiesen.
Zu dieser Gruppe gehören mehrere Streptokokkenarten MitisEinschließlich Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Tabelle 1: Liste aller nichtmenschlichen Taxa, die in der Birkenteerprobe gefunden wurden.
Aus Basenpaarsequenzen wurde ein Konsensgenom rekonstruiert S. pneumoniae und Schätzung der Anzahl heterozygoter Standorte. Die Ergebnisse zeigten das Vorhandensein mehrerer Stämme (Bild Nr. 4).
Bild #4
Zur Beurteilung der Virulenz von Stämmen S. pneumoniaeAus altem Harz gewonnen, haben Wissenschaftler Contigs (eine Reihe überlappender DNA-Segmente) mit einer vollständigen Datenbank von Virulenzfaktoren abgeglichen und so bekannte Gene identifiziert Virulenz* S. pneumoniae.
Virulenz* — der Grad der Fähigkeit des Stammes, den untersuchten Organismus zu infizieren.
In der alten Probe wurden 26 Virulenzfaktoren von S. pneumoniae identifiziert, darunter Kapselpolysaccharide (CPS), Streptokokken-Enolase (Eno) und Pneumokokken-Oberflächenantigen A (PsaA).
Die Analyse der alten Harzprobe ergab auch das Vorhandensein von Spuren zweier Pflanzenarten: Birke (Betula pendula) und Haselnuss (Corylus avellana). Darüber hinaus wurden etwa 50000 Sequenzen entdeckt, die mit der Stockente (Anas platyrhynchos, eine Entenart) in Zusammenhang stehen.
Für eine detailliertere Bekanntschaft mit den Nuancen der Studie empfehle ich einen Blick auf и zu ihm.
Letzter Akt
Diese Studie kann angesichts der Menge der gewonnenen Informationen zu Recht als einzigartig bezeichnet werden. Früher konnte das vollständige Genom eines antiken Menschen ausschließlich aus seinen Überresten (Knochen und Zähnen) wiederhergestellt werden, doch in dieser Arbeit konnten Wissenschaftler es aus gekautem Birkenharz gewinnen.
Sie fanden heraus, dass der 5700 Jahre alte Kaugummi von einer Frau mit dunkler Haut, dunkelbraunem Haar und blauen Augen gekaut wurde. Diese Beschreibung des Aussehens bestätigt einmal mehr, dass bei den Bewohnern des westlichen Teils Eurasiens später eine hellere Hautpigmentierung auftrat. Darüber hinaus sind solche äußeren Merkmale mit denen von Vertretern westlicher Jäger und Sammler vergleichbar, zu denen vermutlich auch die Frau gehörte, deren Genom aus der Probe gewonnen wurde.
Der Vorteil der Untersuchung von gekautem Harz besteht darin, dass es Informationen über die mikrobielle Zusammensetzung der Mundhöhle eines antiken Menschen liefert. Diese Analyse zeigte das Vorhandensein mehrerer Arten von Bakterien (Neisseria subflava, Rothia mucilaginosa, Porphyromonas gingivalis, Tannerella Forsythie и Treponema denticola). Darüber hinaus wurden Spuren des Epstein-Barr-Virus gefunden, was angesichts der hohen Prävalenz dieses Virus bei modernen Menschen (90-95 % der erwachsenen Bevölkerung sind seine Träger) nicht verwunderlich ist.
Es wurden auch mehrere Streptokokkenarten aus der Gruppe gefunden MitisEinschließlich Streptococcus viridans и Streptococcus pneumoniae.
Was die gastronomischen Vorlieben der alten Frau betrifft, so wurden bei der Auswertung nichtmenschlicher DNA-Sequenzen, die auch nicht mit Viren oder Bakterien in Zusammenhang standen, Spuren von Birken, Haselnüssen und Stockenten gefunden. Man kann davon ausgehen, dass diese Pflanzen und Tiere die Nahrungsgrundlage für die antiken Menschen dieser Zeit bildeten. Es besteht jedoch eine gute Chance, dass die DNA dieser Pflanzen und Tiere in das Harz gelangte, da die alte Frau sie kurz vor dem Kauen des Harzes verzehrte. Mit anderen Worten: Es könnte sich um einen Einzelfall handeln.
Warum ist Harz eine ausgezeichnete Quelle für alte menschliche DNA? Tatsache ist, dass die DNA während des Kauvorgangs mit Harz „versiegelt“ wird und aufgrund ihrer aseptischen und hydrophoben Eigenschaften darin gespeichert wird.
In Zukunft planen Wissenschaftler, weitere gefundene Proben zu analysieren, um das Leben der alten Menschen besser zu verstehen. Darüber hinaus bietet die mikrobielle Zusammensetzung antiker Proben Einblicke in die Entwicklung oraler Mikroben und einiger Krankheitserreger.
Unabhängig davon ist es eine unglaubliche Leistung, aus einem Stück gekautem Harz, das er vor 5700 Jahren ausgespuckt hat, so viele Informationen über einen Mann zu sammeln. Für manche sind Informationen aus der Vergangenheit, insbesondere aus einer so weit entfernten, nicht wichtig. Doch je mehr wir über unsere Vorfahren wissen, desto besser verstehen wir unser wahres Selbst.
Freitag Off-Top:
Ein Video darüber, wie Kaugummi in der modernen Welt hergestellt wird.
Off-Top 2.0:
Ein bisschen Nostalgie :)
Vielen Dank fürs Zuschauen, bleiben Sie neugierig und wünschen Ihnen allen ein tolles Wochenende! 🙂
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Source: habr.com