Nelle serie e nei film gialli, dove i criminologi svolgono il ruolo principale nella trama, è comune vedere come un mozzicone di sigaretta o una gomma da masticare attaccata a un tavolo possano rivelare l'identità della persona che ha lasciato queste tracce. Nella vita reale, dalla gomma da masticare, che è stata in bocca a una persona, si possono scoprire molte informazioni su di lui. Oggi esamineremo uno studio in cui gli scienziati dell'Università di Copenaghen hanno scoperto durante degli scavi una «gomma» risalente a circa 5700 anni fa. Quali informazioni sono riusciti a ottenere gli scienziati da questa scoperta, di chi altro potrebbe aver parlato la gomma antica e come questa ricerca potrebbe influenzare la lotta contro varie malattie in futuro? Le risposte a queste domande ci aspettano nel rapporto degli scienziati. Iniziamo!
La base della ricerca
Il protagonista di questo studio è la resina di betulla, o catrame di betulla. Questa sostanza di colore bruno-nerastro si ottiene facendo bollire il strato superiore della corteccia di betulla (betulla) in un contenitore chiuso. In queste condizioni, si verifica un riscaldamento senza accesso all'ossigeno, ovvero la distillazione secca. Durante il riscaldamento, la corteccia si trasforma in catrame.
In antichità questo processo veniva realizzato in contenitori di argilla sopra un fuoco. Il catrame veniva utilizzato in quei tempi soprattutto per trattare oggetti in pietra come un adesivo universale. I primi reperti archeologici di catrame utilizzato dall'uomo risalgono al periodo paleolitico.
È logico che il catrame venisse utilizzato nell'«industria», per così dire. Tuttavia, su molti pezzi di resina di betulla, gli archeologi hanno trovato segni di denti. Perché i nostri antenati masticavano il catrame? Ci sono diverse teorie che lo spiegano. In primo luogo, il catrame si indurisce rapidamente al raffreddamento, quindi masticarlo potrebbe essere stato legato al desiderio di riscaldarlo e renderlo più morbido per l'uso. C'è una teoria che sostiene che il catrame venisse masticato per ridurre il dolore causato da malattie della bocca, poiché è considerato un antisettico, anche se molto debole. Alcuni ricercatori ritengono anche che fosse un precursore dell'igiene orale, e che il catrame fungesse da antica spazzolino da denti. E la teoria più divertente, ma non priva di senso, è il piacere. Gli antichi potrebbero aver masticato la resina semplicemente per farlo, cioè senza alcuna valida ragione.
Produzione di resina di betulla nella pratica.
Ci sono molte speculazioni riguardo alla masticazione della resina da parte degli antichi, ma non sono stati condotti studi con risultati concreti. Pertanto, un gruppo di studiosi dell'Università di Copenaghen ha deciso di analizzare un pezzo di resina masticata, trovato durante degli scavi nel sud della Danimarca (1a). Lo studio del campione ha rivelato che contiene non solo DNA umano, ma anche DNA microbico, che può fornire maggiori informazioni sul microbioma orale. Sono state inoltre trovate sequenze di DNA vegetale, presumibilmente consumato dall'antico uomo prima di masticare la resina.
Gli scienziati sono entusiasti per il fatto che il DNA si sia conservato bene, permettendo di isolare il genoma umano completo. Questo fatto, apparentemente insignificante, rappresenta una svolta nell'archeologia e nella genetica. Infatti, in passato il genoma completo di un antico essere umano poteva essere ottenuto solo dai suoi resti (di solito, ossa).
Risultati della ricerca
Avendo ottenuto una "prova materiale", gli archeologi hanno avviato un'analisi passo dopo passo per ottenere il massimo delle informazioni sul nostro "sospettato", che masticava resina di betulla.
Immagine n. 1
La datazione al radiocarbonio, effettuata grazie alla variazione del contenuto dell'isotopo radioattivo 14C rispetto agli isotopi stabili del carbonio, ha rivelato che l'età della gomma da masticare è compresa tra 5858 e 5661 anni (1b). Ciò indica che il campione appartiene al periodo del neolitico antico. Questo periodo è anche conosciuto come 'età della pietra nuova', poiché gli oggetti in pietra divennero più complessi e vennero sviluppate tecnologie di levigatura e foratura.
L'analisi chimica tramite spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) ha fornito uno spettro molto simile alla resina di betulla moderna. La GC/MS (cromatografia gassosa/spettrometria di massa) ha rivelato la presenza di triterpeni betulina e lupéolo, tipici dei campioni prelevati dalla betulla (1c). Un'ulteriore conferma che il campione fosse di betulla è venuta dalla stessa GC/MS, che ha individuato tracce di acidi dicarbossilici e acidi grassi saturi.
In questo modo, gli scienziati hanno stabilito che il campione è resina di betulla con un'età compresa tra 5858 e 5661 anni (neolitico antico).
Nella fase successiva è stata effettuata la sequenziazione del DNA, durante la quale sono state generate circa 360 milioni di sequenze di basi accoppiate del DNA, quasi un terzo delle quali può essere mappato in modo univoco con il genoma di riferimento umano (hg19).
Le sequenze di basi accoppiate del DNA umano mostravano tutti i segni caratteristici del DNA degli antichi: lunghezze medie dei frammenti relativamente brevi, frequente presenza di purine* fino alla rottura dei filamenti e un aumento della frequenza di sostituzioni visibili del citosina* (C) su timina* (T) alle estremità 5'-dei frammenti di DNA.
Una purina* (C5N4H4) è il rappresentante più semplice degli imidazo[4,5-d]pirimidini.
Il citosina* (C4H5N3O) è un composto organico, una base azotata, derivata dal pirimidina.
La timina* (C5H6N2O2) è un derivato del pirimidina, una delle cinque basi azotate.
Sono stati anche generati circa 7.3 Gb di dati relativi a sequenze non umane.
Nel campione era presente circa il 30% di DNA endogeno umano. Questo è comparabile con denti e ossa antiche ben conservati.
Sulla base della proporzione tra le sequenze di basi accoppiate, corrispondenti ai cromosomi X e Y, i ricercatori sono riusciti a determinare il sesso dell'antico masticatore di gomma: femminile.
Per prevedere il colore dei capelli, degli occhi e della pelle, sono stati derivati i genotipi per quarantuno SNP*, inclusi nel sistema .
SNP* (polimorfismo a singolo nucleotide) — variazioni nella sequenza del DNA di un nucleotide nel genoma degli esemplari di una specie o tra le aree omologhe dei cromosomi omologhi.
Questa analisi ha rivelato che la donna aveva la pelle scura, capelli castani scuri e occhi blu.
Immagine n. 2
I ricercatori hanno identificato 593102 SNP nel genoma studiato, che erano già stati genotipizzati in un database di oltre 1000 individui moderni e oltre 100 antichi genomi pubblicati.
Nell'immagine 2a sono i risultati del metodo delle componenti principali. Questo metodo di riduzione dimensionale ha permesso di determinare che l'antica donna, il cui genoma è in esame, appartiene probabilmente ai cacciatori-raccoglitori occidentali (WHG). Il confronto degli alleli* degli esseri umani moderni e dell'antica donna ha confermato la sua appartenenza al gruppo stabilito (2b).
Alleli* — varianti dello stesso gene, posizionate in luoghi identici dei cromosomi omologhi. Gli alleli determinano la direzione dello sviluppo di una specifica caratteristica.
Questi risultati sono ulteriormente confermati dall'analisi qpAdm. Tale analisi mostra che non si può scartare un modello lineare semplice, che presuppone il 100% di origine della donna antica dal gruppo WHG, a favore di un modello più complesso (2s).
Per delineare in modo generale la composizione tassonomica delle sequenze non umane nel campione, è stato utilizzato MetaPhlan2 — uno strumento appositamente progettato per il profilo tassonomico di sequenze corte ottenute tramite il metodo del shotgun*.
Metodo del shotgun* — metodo di sequenziamento di lungo raggio del DNA, in cui l'ottenimento di un campione massiccio casuale di frammenti clonati di DNA consente di ricostruire la sequenza originale del DNA.
Immagine n. 3
Su «origami» 3a sono mostrati i risultati del metodo dei componenti principali, in cui è stata condotta un'analisi comparativa della composizione microbica del campione esaminato e di 689 profili microbici del progetto "Microbioma Umano" (HMP). Tra i dati del campione e i dati HMP è emersa una clusterizzazione, ovvero erano molto simili. Questo è evidente anche in 3b, dove è mostrata la composizione microbica della resina confrontata con quella analoga di due campioni di terreno (prelevati nello stesso luogo) e confrontata con la composizione microbica dell'essere umano moderno.
Un'analisi più dettagliata della composizione microbica ha rivelato la presenza di batteri Neisseria subflava e Rothia mucilaginosa, così come Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia e Treponema denticola. Inoltre, sono state trovate tracce del virus di Epstein-Barr.
Sono stati inoltre identificati diversi tipi di streptococchi appartenenti al gruppo Mitis, tra cui Streptococcus viridans e Streptococcus pneumoniae.
Tabella n. 1: elenco di tutti i taxa non umani trovati nel campione di resina di betulla.
È stata effettuata una ricostruzione del genoma consueto a partire dalle sequenze di basi accoppiate S. pneumoniae e valutazione del numero di tratti eterozigoti. I risultati hanno mostrato la presenza di diversi ceppi (immagine n. 4).
Immagine n. 4
Per valutare la virulenza dei ceppi S. pneumoniae, estratti dalla resina antica, gli scienziati hanno confrontato i contig (insieme di segmenti di DNA sovrapposti) con il database completo dei fattori di virulenza, permettendo di identificare i geni noti di virulenza* S.pneumoniae.
Virulenza* — il grado di capacità di un ceppo di infettare l'organismo studiato.
Sono stati identificati 26 fattori di virulenza di S. pneumoniae nel campione antico, inclusi i polisaccaridi capsulari (CPS), l'enolasi dello streptococco (Eno) e l'antigene di superficie del pneumococco A (PsaA).
L'analisi del campione di resina antica ha mostrato anche la presenza di tracce di due specie vegetali: la betulla (Betula pendula) e la nocciola (Corylus avellana). Inoltre, sono state trovate circa 50000 sequenze relative all'anatra (Anas platyrhynchos, specie di anatra).
Per una comprensione più dettagliata delle sfumature della ricerca, consiglio di dare un'occhiata a e ad esso.
Epilogo
Questo studio può essere giustamente definito unico, considerando il volume delle informazioni ottenute. In precedenza, il genoma completo di un antico essere umano era stato ricostruito esclusivamente dai suoi resti (ossa e denti), ma in questo lavoro gli scienziati sono riusciti a ottenerlo da una gomma da masticare di resina di betulla.
Hanno scoperto che la gomma da masticare antica di 5700 anni era stata masticata da una donna con pelle scura, capelli castano scuro e occhi blu. Questa descrizione dell'aspetto conferma ulteriormente che una pigmentazione della pelle più chiara tra i popoli dell'ovest dell'Eurasia è cominciata a manifestarsi in seguito. Inoltre, tali caratteristiche fisiche sono comparabili a quelle dei cacciatori-raccoglitori occidentali, ai quali si suppone appartenesse la donna il cui genoma è stato estratto dal campione.
Un vantaggio dello studio della resina masticata è che consente di ottenere informazioni sul microbioma della bocca dell'antico essere umano. Questa analisi ha mostrato la presenza di diversi tipi di batteri (Neisseria subflava, Rothia mucilaginosa, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia e Treponema denticola). Inoltre, sono state trovate tracce del virus Epstein-Barr, il che non sorprende, considerando l'alta diffusione di questo virus tra le persone moderne (il 90-95% della popolazione adulta è portatrice).
Sono stati trovati anche diversi ceppi di streptococchi del gruppo Mitis, tra cui Streptococcus viridans e Streptococcus pneumoniae.
Per quanto riguarda le preferenze gastronomiche della donna antica, dalle sequenze di DNA non umane, che non erano collegate a virus o batteri, sono state trovate tracce di betulla, nocciola e anatre di specie germano reale. Si può ipotizzare che queste piante e animali fossero alla base dell'alimentazione degli antichi in quel periodo. Tuttavia, è molto probabile che il DNA di queste piante e animali sia finito nella resina, poiché la donna antica li ha consumati poco prima di masticare la resina. In altre parole, potrebbe essere stato un caso unico.
Perché la resina è una fonte eccellente di DNA umano antico? Il motivo è che, durante la masticazione, il DNA viene "sigillato" nella resina e preservato grazie alle sue proprietà asettiche e idrofobiche.
In futuro, gli scienziati pianificano di analizzare altri campioni trovati, il che aiuterà a comprendere ancora meglio la vita degli antichi. Inoltre, la composizione microbica dei campioni antichi permette di capire l'evoluzione di specifici microbi orali e di alcuni microorganismi patogeni.
In ogni caso, raccogliere così tante informazioni su una persona da un pezzo di resina masticata che ha espulso 5700 anni fa è un incredibile traguardo. Per alcuni, le informazioni sul passato, soprattutto se così lontano, non sono importanti. Tuttavia, in realtà, più sappiamo sui nostri antenati, più comprendiamo noi stessi nel presente.
Off-topic del venerdì:
Un video su come viene prodotta la gomma da masticare nel mondo moderno.
Off-topic 2.0:
Un po' di nostalgia 🙂
Grazie per l'attenzione, continuate a essere curiosi e buon fine settimana a tutti, ragazzi! 🙂
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Fonte: habr.com
